Telerilevamento e GIS Prof. Ing. Giuseppe Mussumeci

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1 Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria per l Ambiente e il Territorio A.A Telerilevamento e GIS Prof. Ing. Giuseppe Mussumeci Cartografia numerica

2 CARTOGRAFIA RAPPRESENTAZIONE, SU UN PIANO, DELLA SUPERFICIE FISICA DELLA TERRA E DEGLI ELEMENTI NATURALI E ARTIFICIALI SU DI ESSA PRESENTI. Cartografia tradizionale Cartografia numerica CARATTERISTICHE E DIFFERENZE

3 CARTOGRAFIA TRADIZIONALE SISTEMA FORMALE DI SIMBOLI GRAFICI E NUMERI CHE RAPPRESENTA IL TERRITORIO SECONDO DUE CATEGORIE DI INFORMAZIONI PLANIMETRIA proiezione sul piano del disegno dei particolari naturali e artificiali ALTIMETRIA distanza dei punti dal livello medio del mare rappresentata mediante punti quotati e curve di livello

4 CARTE TRADIZIONALI Rappresentazione grafica di planimetria e altimetria su supporto cartaceo Documenti di archivio: elaborati grafici originali o copie degli stessi (matrici per la stampa o altre tecniche di riproduzione) Tipi di supporto: - carta bianca (originali Catasto Italiano, 1930 ca.) - pellicola per fotoincisione (IGM, Regioni ca.) - copie su poliestere o altri supporti sintetici trasparenti - lastre di vetro (carta Svizzera 1:50.000) Problemi di conservazione: possibilità di deterioramento o distruzione del supporto (perdita di informazioni di notevole valore anche economico)

5 Accuratezza metrica caratterizzata dall errore di graficismo convenzionale: σ G = 0,2 mm x n, con 1:n = scala di rappresentazione esempio: n = 5000, σ G = 0,2 mm 5000 = 1000 mm = 1m Altimetria rappresentata graficamente mediante curve di livello e/o punti quotati (necessità di interpolazione grafico-numerica) Deformazioni del supporto cartaceo, generalmente di dilatazione (lunghezza sulla carta > lunghezza nominale), parzialmente compensabili determinando una costante correttiva mediante controllo di distanze note (ad es. maglia del reticolato chilometrico) uso del coordinatometro (carte IGM) Determinazioni metriche non univoche, ma influenzate dall operatore (operazioni grafico-numeriche di stima e misura) e dalle condizioni del supporto.

6 UNA CARTA SI BASA SU: REQUISITI GENERALI CONTENUTI ASPETTI FORMALI FUNZIONI BASE

7 REQUISITI GENERALI VERIDICITA corrispondenza al vero delle informazioni LEGGIBILITA univocità nell interpretazione, similitudine tra realtà e disegno, elementi di autocertificazione (legenda, scala, ecc. CONGRUENZA nessuna informazione presente sulla carta deve essere contraddetta da altre

8 CONTENUTI ASPETTI FORMALI - livello di dettaglio - accuratezza - equidistanza delle curve di livello - regole sui segni convenzionali RAPPORTO DI SCALA FUNZIONI BASE - permettere la conoscenza del territorio (puntuale e di sintesi - consentire processi logici e deduttivi - essere supporto di base per classificazione, pianificazione, progetto, gestione,

9 CARTOGRAFIA NUMERICA La definizione è legata alla nascita della cartografia vettoriale, nella quale ogni elemento cartografico viene rappresentato da primitive geometriche (punto, linea, poligono) memorizzate con le rispettive coordinate carta numerica L archiviazione delle informazioni della carta è su supporto informatico; il documento di archivio è costituito dai files della carta (file unico 3D o files separati per planimetria e altimetria oltre all'eventuale file di vestizione ) La scala risulta variabile nella consultazione a video per l uso delle funzioni di zoom. Viene comunque definita una SCALA NOMINALE della carta con riferimento all accuratezza metrica e al contenuto informativo. Le stampe vanno effettuate di norma alla scala nominale, per poterle utilizzare come carte convenzionali cartacee coerenti riguardo al rapporto tra scala e contenuto informativo.

10 ELEMENTI DISTINTIVI della cartografia numerica Carta tradizionale Carta numerica CONTENUTO ESPLICITO IMPLICITO DISEGNO COORDINATE COORDINATE DISEGNO Sicurezza di conservazione dei dati nel tempo Univocità delle determinazioni di coordinate e quote (la lettura non è influenzata dall operatore né dalle condizioni del supporto) Visualizzazione (anche a video) ed elaborazione dei contenuti della carta (planimetria, altimetria, idrografia, edificato,...) anche separatamente, mediante l uso di codici e layer (strati) Impiego nei GIS per l'associazione di informazioni descrittive agli elementi grafici riportati

11 Tipologie (formati) della cartografia numerica Esistono due tipologie di cartografia numerica, ciascuna contraddistinta da specifiche caratteristiche ed orientata a precise finalità d'impiego: Cartografie RASTER ( e GRID) Cartografie VETTORIALI

12 TECNICHE di produzione della cartografia numerica DIRETTA, mediante fotogrammetria aerea o telerilevamento (dagli anni 80). Le riprese aeree o satellitari vengono elaborate mediante sistemi di restituzione hardware-software che producono come output la carta numerica, vettoriale o raster, memorizzata su supporto informatico e visualizzabile a video. INDIRETTA, mediante digitalizzazione delle carte tradizionali su carta effettuata con scanner ( files raster) o digitizer ( files vettoriali) Tutte le vecchie carte possono essere convertite in numeriche (attenzione alla perdita di accuratezza e di informazioni!)

13 Cartografia raster

14 L informazione geografica in formato RASTER La carta è costituita da una matrice di celle ; la cella elementare viene denominata pixel (picture element) ed è caratterizzata da uno specifico attributo, espresso mediante un codice numerico binario (serie di bit) e al quale viene associato uno specifico colore. Un raster viene descritto utilizzando il concetto di risoluzione: - risoluzione geometrica: n di celle/unità di superficie (dpi); - risoluzione radiometrica: n di bit con cui si esprime il contenuto informativo di ciascun pixel (colore) E privo di layers e non esistono gli oggetti, intesi come entità autoconsistenti, selezionabili, modificabili, collegabili a un DB,...: questi ultimi possono essere distinti esclusivamente mediante il contenuto radiometrico (attributo di colore). Un raster deve essere georeferenziato Formati più usuali: TIF, BMP, JPG,. georeferenziazione = posizionamento spaziale degli elementi geografici, nel sistema di riferimento cartografico utilizzato

15 Struttura dati RASTER Esempio di codifica numerica ad 1 bit H = numero di pixel in direzione orizzontale V = numero di pixel in direzione verticale R = risoluzione radiometrica (profondità di colore) (0,0) (H,V)

16 Ogni pixel è individuato: - dalla posizione: n. riga, n. colonna (nel sistema di riferimento immagine) - da un valore ad esso associato valore 0-1 (nero o bianco): immagini al tratto 1 bit 2 1 = 2 valori (scala di grigi): immagini monocromatiche 8 bit 2 8 = 256 valori (palette di colori):immagini a colori 8 bit 2 8 = 256 valori (0-255) x 3 (colori R, G, B): immagini a colori 24 bit 2 24 = valori

17 Dimensione del file in byte: H pixel Orizzontali Dimensioni fisiche dei file raster La cartografia numerica raster, specialmente se ad alta risoluzione e a elevata profondità di colore (risoluzione geometrica), occupa grandi spazi di memoria V pixel Vertcali H x V x R/8 [B] R profondità di colore (numero di bit) file di grandi dimensioni Nota: 1kB = 2 10 B = 1024 B; 1MB = B = byte Esempio: 7480 x 5680 x 24bit 121 MB!!! NECESSITA DI METODOLOGIE DI COMPRESSIONE

18 Algoritmi di compressione Gli algoritmi di compressione si suddividono in due categorie: algoritmi NON DISTRUTTIVI (lossless): - non causano perdita di informazioni i contenuti delle immagini rimangono inalterati; - efficienza della compressione relativamente bassa (riduzione di occupazione di memoria minore del 50%); algoritmi DISTRUTTIVI (lossy): - causano un degrado irreversibile basato su processi di semplificazione dell immagine (abbassamento della risoluzione o appiattimento delle tonalità di colore) - effetti non sempre percepibili dall occhio umano; - efficienza di compressione molto elevata (dal 50 al 99%).

19 Formati compressi più diffusi Con compressione lossless: BMP (Windows Bitmap) TIFF (Tagged Image File Format) GIF (Graphics Interchange Format) PNG (Portable Network Graphics) TGA (schede grafiche Targa) Con compressione lossy: JPEG (Joint Photographic Expert Group)

20 Tecniche di compressione NON DISTRUTTIVE RLE (Run Lenght Encoding): compressione "senza perdita" supportata da formati molto diffusi, quali TIFF, BMP, Photoshop. CCITT (Comitato Consultivo per la Telefonia e la Telegrafia Internazionali): compressione "senza perdita", applicabile solo a immagini in bianco e nero, supportata, ad esempio, dal formato PDF. LZW (Lemple-Zif-Welch): compressione supportata dai formati di file TIFF, PDF, GIF ed in linguaggio PostScript, utilizzata in particolare per immagini con ampie aree monocromatiche. ZIP: compressione supportata dal formato PDF, utilizzata soprattutto per immagini con ampie aree monocromatiche.

21 Compressione RLE RLE è l'acronimo di Run Lenght Encoding (codifica della lunghezza delle sequenza) e indica un algoritmo lossless molto semplice Serie di pixel dello stesso colore vengono codificate attraverso la lunghezza della serie (n. di pixel) e il colore R R R R R R B R R R V V B B B B compressione 6R B 3R 2V 4B La compressione è molto efficace se l'immagine contiene ampie zone di colore uniforme.

22 Compressione LZW Lemple e Zif presentarono la prima versione nel 1977 (LZ77). Nel 1984, Welch perfezionò l'algoritmo nella versione nota come LZW. Il metodo si basa sull'osservazione che la quantità di memoria necessaria per archiviare una stringa è proporzionale al numero di simboli (codici) di cui è composta. R R B R R R B R R R V V B B R V Si può comprimere una stringa impiegando un numero inferiore di simboli per esprimere la stessa informazione

23 Compressione LZW Senza compressione verrebbe memorizzata la sequenza di 16 simboli (o codici): R R B R R R B R R R V V B B R V Nella sequenza si possono riconoscere parti che si ripetono (sottostringhe) e che possono essere indicate con nuovi simboli (o codici). RB α RR β RV γ La stringa potrà essere memorizzata, ad esempio, come la seguente sequenza di 10 simboli: R α β α β γ V B B γ

24 Formato BitMAP (BMP) E un formato universalmente riconosciuto, in quanto standard per la memorizzazione delle immagini, sotto forma di matrici di bit, a partire dalle prime versioni di Microsoft Windows Informazioni memorizzate: - numero di pixel in ogni riga e numero di righe della matrice (dimensione matrice); - numero di bit per pixel valori numerici disponibili per caratterizzare l'informazione associata al pixel (risoluzione radiometrica); - tabella dei colori, che consente di associare i valori numerici della bitmap a colori specifici. Un file bitmap può contenere immagini a 1, 4, 8, 15, 24, 32 o 64 bit per pixel, in formato compresso o non compresso. La compressione si basa in genere su algoritmi non distruttivi RLE. riduzione modesta delle dimensioni

25 tabella dei colori bitmap immagine Nell'esempio si è ipotizzato che ogni pixel sia rappresentato da un numero a 4 bit la tabella dei colori deve fornire 2^4 = 16 colori

26 Formato TIFF (Tag Image File Format ) Non è dotato di algoritmi di compressione propri, ma supporta l algoritmo NON DISTRUTTIVO LZW si ottengono file di grandi dimensioni, ma più piccoli rispetto ai BMP 7480 x 5680 x 24 Bit = 121 MB (non compresso) 7480 x 5680 x 24 Bit = 113 MB (con LZW) La flessibilità, l affidabilità, gli elevati livelli di compatibilità, l alta qualità a video e in stampa hanno reso il formato TIFF quasi uno standard di riferimento per la cartografia raster

27 Formato GIF (Graphics Interchange Format ) Supporta esclusivamente 8 bit di profondità di colore (256 colori o 256 toni di grigio) Creato da CompuServe, uno dei primi operatori di servizi commerciali online (oggi server provider), per trasmettere velocemente in rete le immagini La compressione è basata su algoritmo LZW (non distruttivo) e consente anche di salvare le immagini in un formato interlacciato, che produce una visualizzazione graduale dell'immagine man mano che i dati arrivano al browser. Ad ogni passo si infittiscono le linee di pixel che formano l'immagine e appare un'immagine via via più completa e nitida (possibilità di disporre di un'anteprima dell'immagine mentre la si scarica dal browser). Va molto bene per immagini al tratto, sia in bianco e nero che a colori, meno bene per fotografie e immagini sfumate 7480 x 5680 x 8 bit 30,6 MB (con LZW)

28 Compressioni DISTRUTTIVE: JPEG Alcune informazioni memorizzate in un file immagine sono ridondanti o addirittura inutili ai fini della percezione sensoriale. La vista dell'uomo, infatti, ha molti limiti e spesso non riesce a percepire tutte le informazioni disponibili. In particolare, l'occhio umano ha recettori di luminanza (bianco e nero) molto più sensibili rispetto a quelli di crominanza (colore) ed è grazie alla luminanza dell'immagine che l'occhio ne percepisce il livello di dettaglio. E dunque possibile, nella memorizzazione di immagini o suoni, eliminare alcune informazioni senza compromettere per questo la qualità percepita. Da questa idea è nato, nel 1991, l algoritmo JPEG (Joint Photographic Experts Group), che interviene separatamente e con diverso peso sulle due componenti dell'immagine (luminosità e colore) e applica algoritmi differenti, che modificano poco la luminosità originaria ma intervengono drasticamente sul colore, ottenendo buoni risultati in termini di compressione senza che la percezione visiva venga sostanzialmente compromessa.

29 Garantisce compressioni molto spinte, per cui è diventato quasi uno standard per le applicazioni in cui non siano necessari dettagli particolari (fotografia digitale amatoriale, internet). JPEG è molto efficace su immagini con campiture sfumate (fotografie, incarnati, paesaggi), meno su immagini al tratto (cartografie), dove le linee più sottili vengono alterate. E' possibile configurare il livello di compressione desiderato (ed il relativo decadimento della qualità): 7480 x 5680 x 24 Bit = 57,4 MB (con JPEG12) 7480 x 5680 x 24 Bit = 6,2 MB (con JPEG7) 7480 x 5680 x 24 Bit = 1,9 MB (con JPEG0) ATTENZIONE: la compressione JPEG degrada in modo permanente la qualità dell'immagine salvare il formato originario!

30 Altri formati specifici per cartografia I formati sinora trattati non vengono utilizzati solo per applicazioni cartografiche ma per qualsiasi altro tipo di immagine. Esistono altri formati di compressione basati su algoritmi ottimizzati, in particolare, per il trattamento di linee sottili e punti isolati, in modo da garantire elevata qualità quando si opera sui dati raster cartografici.

31 Formato MrSID (Multiresolution Seamless Image Database) Sviluppato e commercializzato da LizardTech, ed oggi supportato nativamente dalla maggior parte dei Software, fornisce elevati livelli di compressione (10-15:1) ed elevati livelli qualitativi. La decodifica dell immagine compressa è di tipo selettivo: non viene visualizzato l intero file, ma esclusivamente la zona d interesse selezionata. Formato ECW (Enhanced Compressed Wavelet) Sviluppato e commercializzato da ER Mapper, è supportato dalla maggior parte dei Software attraverso specifici plug-in forniti gratuitamente dall'azienda Planetek ( Garantisce elevati livelli di compressione (mediamente 10-15:1) e qualità. compressione wavelet

32 Una traformata wavelet discreta (DWT, discrete wavelet transform) corrisponde a un banco di filtri digitali. L'algoritmo di compressione è alla base anche dello standard JPEG2000, successore del formato JPEG. Nella prima fase l'immagine originale viene separata nei vari canali di colore (bande cromatiche). Segue la suddivisione dell'immagine, per ciascuna banda cromatica, in livelli gerarchici (blocchi rettangolari non sovrapposti e successivamente richiamabili indipendentemente). N L'immagine viene filtrata, in genere separatamente per righe e colonne, e sottocampionata. Il ricampionamento porta, da una matrice (NxM), a quattro matrici delle dimensioni di (N/2 x M/2), che corrispondono alle quattro combinazioni di filtraggio (passa alto e passa basso) delle righe e delle colonne; ognuna delle immagini può a sua volta essere filtrata e sottocampionata fino al livello desiderato di (multi)risoluzione. M

33 Efficienza della compressione Formato Compressione mbyte BMP TIFF TIFF LZW 113 TIFF ZIP 92.4 GIF LZW 30.6 JPEG Livello 12 (min) 57.4 JPEG Livello JPEG Livello JPEG Livello JPEG Livello 0 (max) 1.90 ECW Wavelet 11.3

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35 FILE DI GEOREFERENZIAZIONE (World File) I formati raster cartografici (GeoTIFF, ERDAS,...) contengono nello header del file i dati di georeferenziazione: parametri che permettono di passare dal sistema di riferimento immagine, dove X = n. colonna e Y = n. riga, al sistema cartografico (E, N). World File E un piccolo file testuale in formato ASCII con estensione composta dal primo e dall ultimo carattere dell estensione del file immagine seguiti da w. *.tif *.tfw *.bmp *.bpw... Il world file può essere creato attraverso l'inserimento manuale dei parametri di georeferenziazione (ove disponibili) o mediante l'attivazione di procedure automatiche basate sull inserimento di Ground Control Points (GCP).

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37 FILE DI GEOREFERENZIAZIONE (World File) Esempio di file di georeferenziazione ( world file ) dimensione pixel (a terra) in direzione E [m] rotazione delle righe rotazione delle colonne dimensione pixel in direzione N [m] coordinata E del pixel (1,1) [m coordinata N del pixel (1,1) [m] I parametri di georeferenziazione possono essere ricavati mediante trasformazione affine E = ax + by + c N = dx + ey + f N X Origine del sistema di riferimento interno (X,Y) al centro del pixel in alto a sinistra Y segno meno al quarto rigo! E

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39 Estensioni e formati file Worl file.bmp: estensione del file raster in formato Windows Bitmap. Il file è binario..tif: estensione del formato TIFF.GIF: estensione del file raster in formato GIF. Il file è binario..jpg: estensione del file raster in formato JPEG. Il file è binario..bil: estensione del file raster in formato Band Interleaved by Line..BIP: estensione del file raster in formato Band Interleaved by Pixel..BSQ: estensione del file raster in formato Band Sequential. Il file è binario..png: estensione del file raster in formato PNG. Il file è binario..bpw.tfw.gfw.jgw.hdr.hdr..hdr.pgw ESEMPI DI IMMAGINI RASTER

40 Fotografia aerea della zona ovest di Londra

41 The Pyramids at Giza, Egypt (29.88N 35.2E), form a substantial complex situated close to the Nile on the edge of the Western Desert. Built between c and 2000BC, the three main pyramids and associated complexes of subsidiary pyramids, temples and bench-like 'mastaba' tombs can be readily seen on a Russian KVR-1000 satellite image of the area.

42 Classificazione multitemporale da immagini NOAA 11- AVHRR (Gomarasca, 1997)

43 Cartografia vettoriale

44 CARTOGRAFIA VETTORIALE OGGETTO (reale ENTITÀ (cartografica PRIMITIVA GEOMETRICA Entità puntuale: oggetto rappresentabile senza dimensioni (albero, pozzo,..) in data posizione Entità lineare: oggetto rappresentabile in una dimensione (muro, siepe, elettrodotto,..) Entità areale: oggetto al quale è associato il concetto di area (edificio, piazza, lago, ) Un entità è descritta da un codice e da una primitiva geometrica. Infine: ENTITA puntuale lineare areale PRIMITIVE GEOMETRICHE punto spezzata aperta spezzata chiusa entità di tipo testo: riguardano la toponomastica e le descrizioni di entità REPERTORIO DELLE ENTITÀ REPERTORIO DELLE ENTITÀ: insieme degli elementi territoriali (naturali e artificiali presenti nella cartografia

45 STRUTTURAZIONE DEI DATI LE ENTITA' GEOMETRICHE CON LE QUALI RAPPRESENTARE GLI ELEMENTI NATURALI E ARTIFICIALI DEL TERRITORIO DEVONO ESSERE TRADOTTE IN FORMA NUMERICA PER ESSERE ELABORABILI AL COMPUTER. SCHEMATIZZAZIONE GEOMETRICA DELL'OGGETTO ENTITA' GEOMETRICA COORDINATE DEI VERTICI CHE DESCRIVONO L ENTITA' SISTEMA DI CODIFICA CHE CONSENTE DI QUALIFICARE L OGGETTO

46 ESEMPI 4 3 CASA: 1 2 descritta mediante le COORDINATE dei vertici del poligono che la descrive e un CODICE identificativo dell oggetto-casa. 7 STRADA: descritta mediante le COORDINATE dei vertici della poligonale che la discretizza e un CODICE identificativo dell oggetto-strada. 1

47 È possibile associare la quota a tutti i particolari cartografati Nella cartografia tradizionale il contenuto planimetrico e altimetrico sono dissociati CASA; E 1,N 1,Q 1 ; E 2,N 2,Q 2 ; E3,N3,Q3; E4,N4, Q4 STRADA; E1,N1,Q1; ; EN,NN,QN

48 L informazione geografica in formato VETTORIALE E nativamente georeferenziata nel sistema di riferimento adottato Le entità sono sempre riconducibili a primitive geometriche, ciascuna indipendente dall altra e dotata di una serie di caratteristiche intrinseche (coordinate di riferimento, dimensioni metriche, attributi ), che ne consentono la selezione e la modifica. L'informazione è suddivisa per layers tematici, ciascuno contenente entità geografiche di tipo omogeneo: case, strade, fiumi, ecc.. Si presta bene alla creazione di relazioni tra le entità ed i record descrittivi di un qualsiasi DataBase Formati: DWG, DXF, DGN,

49 STRUTTURA DEI DATI COORDINATE E CODICI VANNO TRADOTTI IN DATI DA MEMORIZZARE ED ELABORABILI AL COMPUTER strutturazione del FILE in record e relativi campi STRUTTURA A RECORD DI LUNGHEZZA VARIABILE 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 E N N N Q N P.Q. E 1 N 1 Q 1 Poco efficace per ricerca, selezione e aggiornamento dei dati SAREBBE IDEALE UNA STRUTTURA A RECORD DI LUNGHEZZA COSTANTE MA.. SENZA CAMPI VUOTI!

50 I dati sono strutturati in due file: STRUTTURA GEOMETRICA FILE DESCRITTIVO: ciascuna entità viene descritta da un RECORD organizzato in più campi 1: numero sequenziale; 2: codice ; 3: numero vertici dell entità ; 4: colore o penna;.. altri campi; P: puntatore P FILE COORDINATE: a ciascun punto viene riservato un RECORD organizzato in 4 campi : codice punto; 2: E; 3: N; 4: Q In questo modo è possibile gestire entità a dimensioni variabili mediante file a record di lunghezza costante

51 ESEMPIO DI STRUTTURA GEOMETRICA n. seq.le codice alfanum. File descrittivo n. vertici tratto colore?? punt. 1 CASA STRADA n 6 3 CASA 6+n File coordinate codice E N Q 1 E 1 N 1 Q 1 2 E 2 N 2 Q 2 3 E 3 N 3 Q 3 4 E 4 N 4 Q 4 5 E 5 =E 1 E 5 =N 1 Q 5 =Q 1 6 E 6 N 6 Q 6 7 E 7 N 7 Q 7 6+(n-1) E n N n Q n 6+n

52 VANTAGGI DELLA STRUTTURA GEOMETRICA: DATI COMPATTI E FACILMENTE GESTIBILI 2 1 A B n. Cod. Vert. - - punt. 1 CASA A CASAB CASA C N 6+N codice E N Q 1 E 1 N 1 Q 1 2 E 2 N 2 Q 2 3 E 3 N 3 Q 3 4 E 4 N 4 Q 4 5 E 5 =E 1 E 5 =N 1 Q 5 =Q 1 6 E 1 N 1 Q 1 7 E 2 N 2 Q 2 8 E 3 N 3 Q 3 9 E 4 N 4 Q 4 10 E 5 =E 1 E 5 =N 1 Q 5 =Q 1 (E1, N1, Q1 (E5, N5, Q5 (E1, N1, Q1 (E5, N5, Q5 6+n ATTENZIONE La restituzione viene generalmente effettuata per oggetti; quando si restituiscono oggetti vicini si possono generare discrepanze e incongruenze geometriche. 2 A 3 B

53 STRUTTURA TOPOLOGICA ELIMINA RIDONDANZE DI DATI E INCONGRUENZE L 3 A B L 1 L 2 NELLA STRUTTURA GEOMETRICA UNA SPEZZATA DESCRIVE COMPIUTAMENTE UN OGGETTO. CON LA STRUTTURA TOPOLOGICA PER DESCRIVERE UN OGGETTO OCCORRONO PIÙ SPEZZATE

54 STRUTTURA TOPOLOGICA A 1 L 1 L 2 B L 3 File OGGETTI ID Cod. n. archi ID Archi A CASA 2 L1, L2 B CASA 2 L2, L File NODI 2 ID E N Q 1 E 1 N 1 Q 1 2 E 2 N 2 Q 2 3 E 3 N 3 Q 3 4 E 4 N 4 Q File ARCHI ID Ni (ID) Nf (ID) n.punti Punt. L L L File PUNTI n. ordine E N Q 1 E 1 N 1 Q 1 2 E 2 N 2 Q 2 3 E 3 N 3 Q 3 4 E 4 N 4 Q 4 5 E 5 E 5 Q 5 6 E 6 N 6 Q 6 7 E 7 N 7 Q 7 8 E 8 N 8 Q 8 9 E 9 N 9 Q 9 10 E 10 N 10 Q E 11 N 11 Q

55 FORMATI VETTORIALI più diffusi.dwg: estensione dei file grafici di AutoCad, formato binario..dxf: estensione dei file grafici di AutoCad ; standard per lo scambio di file in formato vettoriale (Drawing exchange Format); formato ASCII.NTF: estensione dei file catastali (mappe digitalizzate, formato binario).tsf: estensione di un file vettoriale TSF Gheo contenente archi, punti, poligoni, annotazioni e quotature..vet/cxy: estensione di un file vettoriale AIMA contenente archi e punti; i punti hanno i campi degli attributi già predefiniti (PART, SUB) ESEMPI DI CARTE TOPOGRAFICHE VETTORIALI

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63 Confronto tra struttura raster e vector In alto a sinistra

64 Cartografia VETTORIALE e relazioni informative Gestendo una cartografia numerica vettoriale in un GIS (Geographic Information System) è molto semplice stabilire una relazione biunivoca tra gli oggetti di un layer ed uno specifico DataBase E possibile predisporre strutture dati più complesse per gestire qualsiasi problematica inerente il territorio

65 FORMATI VETTORIALI utilizzati in ambiente GIS Formato shape (o shapefile) di ArcView TM Introdotto da ESRI è oggi lo standard per lo scambio di dati vettoriali in ambiente GIS.shp: estensione del file delle coordinate (di punti, archi e poligoni).shx: estensione del file degli indici delle geometrie (punti, archi e poligoni).dbf: estensione generica dei file di archivio in formato DBASE, utilizzato per la memorizzazione degli attributi di archi, punti e poligoni.prj: estensione del file che contiene le informazioni sul sistema di coordinate.shp.xml: metadato dello shapefile; Formato ArcInfo.lim: estensione del file degli archi in formato UNGENERATE.pts: estensione del file dei punti.pol: estensione del file dei poligoni.e00: estensione del file di export Formato MapInfo.mif/mid: estensioni dei file di export di MapInfo. Le classi di oggetti archi, punti, poligoni ed annotazioni vengono salvati in file separati.

66 Il formato GRID Concettualmente simile al formato RASTER, in quanto costituito da una matrice di celle (generalmente di dimensioni maggiori), viene utilizzato per descrivere tematicamente le caratteristiche territoriali (uso del suolo, geologia, densità edilizia,...) e i fenomeni a riferimento spaziale (diffusione di inquinanti, inondazioni, distribuzione demografica, ) Il valore associato alla cella è il dato tematico che caratterizza le proprietà medie della porzione di territorio compresa nella cella. Spesso utilizzato per la definizione di Modelli Digitali del Terreno (DTM, DEM, da cui è possibile ricavare anche TIN). Assolutamente indispensabile per l'applicazione, in ambiente GIS, di modelli di simulazione di fenomeni ambientali ad evoluzione spaziotemporale (eventi sismici, diffusioni di inquinanti, esondazioni, propagazione di incendi boschivi, ecc..)

67 Modelli digitali del terreno Il dato tematico è la quota media dell'area compresa nella generica cella. DTM (Digital Terrain Model) DEM (Digital Elevation Model) DSM (Digital Surface Model)

68 DTM Regione Sicilia 40m (Provincia di Catania)

69 DTM Regione Sicilia 40m (particolare)

70 Carta delle pendenze

71 Il modello TIN - Triangulated Irregular Network E un modello di rappresentazione dell'altimetria del terreno a partire da un insieme di punti quotati, che possono essere rilevati in campo o estratti da un DTM. I punti vengono tra loro collegati in modo da formare una rete a maglie triangolari irregolari e di dimensione variabile. La triangolazione viene effettuata secondo un algoritmo che pone determinate condizioni e che conferisce al modello precise caratteristiche.

72 La triangolazione di Delaunay è il metodo generalmente utilizzato in campo topografico per connettere un insieme arbitrario di punti mediante una triangolazione. SI SI Proprietà: NO la circonferenza che circoscrive il generico triangolo di Delaunay non contiene nessun altro punto dell'insieme dato; la triangolazione di Delaunay massimizza il minimo angolo interno dei triangoli α β α > β Delaunay NON Delaunay

73 TIN - Triangulated Irregular Network

74 TIN - Triangulated Irregular Network

75 Caratteristiche del modello TIN La risoluzione variabile (con la dimensione dei triangoli) consente di ottimizzare l acquisizione e la distribuzione delle misure (maggiore densità nelle zone in cui i valori dell attributo variano più rapidamente adatto a modellare il territorio nelle zone montuose) ridotta ridondanza di dati. Si presta ottimamente ad essere utilizzato per le rappresentazioni e per le analisi 3D (sezioni e profili, calcolo aree e volumi).