ELEMENTI DI CARTOGRAFIA E FOTOINTERPRETAZIONE ELABORAZIONI GIS

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1 ELEMENTI DI CARTOGRAFIA E FOTOINTERPRETAZIONE ELABORAZIONI GIS Cosa è una carta 2- Elementi principali di una carta 3- Come si legge una carta 4- Cartografia tematica 5- Fotointerpretazione da foto aeree 6- Esempi di lettura di foto aeree 7- Visione materiale ELABORAZIONI GIS 1- Definizione 2- Modello dati 3- Campi di applicazione 4- Esempi di elaborazione

2 CARTOGRAFIA L arte e la scienza di rappresentare e comunicare su carte e diagrammi informazioni che hanno un riferimento spaziale. Il termine indica tutte le fasi dalla raccolta dei dati fino alla presentazione e all uso della carta. Carta topografica E una rappresentazione, che segue determinate regole, di quello che si trova sulla superficie terrestre. La carta < sistema di riferimento planimetrico e altimetrico, sono in grado di leggere quello rappresentato in 3D < codifica di lettura (legenda) < scala di rappresentazione (rapporto) < data di realizzazione (aggiornamento) < rappresentazione che mi permette di relazionare gli oggetti rappresentati tra di loro

3 Sistema riferimento reticolato chilometrico Legenda è la chiave di lettura, dipende dalle finalità della carta Scala rapporto numerico tra le misure lineari rappresentate sulla carta e quelle reali corrispondenti (più piccola la scala-maggiore il denominatore-minore le informazioni che vengono date) Data di realizzazione importante per comprendere l aggiornamento di quello che è rappresentato In Italia l organo preposto alla realizzazione della cartografia topografica è l IGM che pubblica la cartografia alle seguenti scale: 1: : : : : Esistono poi le amministrazioni regionali e Comunali che finanziano la realizzazione delle Cartografie a maggiore dettaglio 1: : :2.000

4 Ogni FOGLIO è diviso in 4 QUADRANTI in scala 1: (I-II-III-IV), ognuno dei quali diviso a sua volta in 4 TAVOLETTE In scala 1: (NE-SE-SO-NO) L Italia è divisa in 277 FOGLI contigui in scala 1: ELEMENTI DI UNA CARTA Tavoletta 1: Quadro d unione dei fogli limitrofi Num. del foglio della carta

5 Quadrante e settore geografico Nome della carta Si può vedere anche il nome delle tavole contigue

6 Parametri del reticolato presente in carta Sistema di riferimento UTM Fuso 32 Coordinate dei vertici della carta in Gauss-Boaga Indicazione della simbologia per ricostruire il reticolo chilometrico corrispondente

7 Riferimento dei vertici in coordinate geografiche Indicazione della scala della carta Barra con indicati i valori reali al suolo

8 La distanza tra le curve di livello contigue che è costante La data del rilievo Legenda dei simboli utilizzati in carta

9 Per determinare un punto bisogna individuare la sua posizione su una superficie di riferimento (posizione planimetrica) e la sua distanza da questa superficie (quota) Per determinare la quota si fa riferimento ad una superficie fisica detta GEOIDE che corrisponde alla superficie del livello medio del mare POSIZIONE PLANIMETRICA DI UN PUNTO Forma della terra: la terra non è sferica ma schiacciata ai poli, esiste infatti una differenza tra le lunghezze del piano equatoriale e di quello polare di circa 21 km rispetto al raggio medio che è di km. Per motivi pratici si assume che la forma della terra sia una superficie matematica facilmente definibile e descrivibile che si chiama ELLISSOIDE. Su di esso attraverso una serie di punti di riferimento si è in grado di definire la posizione di un punto attraverso le coordinate GEOGRAFICHE latitudine e longitudine

10 Ellissoide di Hayford (Internazionale) Schiacciamento f= (a-b)/a a b a= m f= 1/297 paralleli meridiani

11 La latitudine va da 0 a 90 e può essere nord o sud a seconda se il punto si trova nell emisfero Nord o Sud Il parallelo è una linea parallela all equatore che unisce punti con la stessa latitudine (L equatore ha latitudine=0) La longitudine va da 0 a 180 e può essere est o ovest rispetto al meridiano fondamentale di Greenwich Il meridiano è una linea passante per i poli che unisce punti con la stessa longitudine (Greenwich ha longitudine=0) Gli angoli si misurano in gradi sessagesimali: 1 grado (1 ) = 60 primi (60 ) 1 = 60 secondi (60 ) Ma la carta geografica rappresenta la superficie terrestre su un piano Quale è il passaggio per passare da una superficie sferica a una piana? Il passaggio inevitabilmente crea delle distorsioni, differenze rispetto a quelle che sono le dimensioni nella realtà sul globo

12 Il passaggio viene fatto attraverso una operazione di PROIEZIONE CARTOGRAFICA (corrispondenza matematica ) dalla superficie sferica dell ellissoide a una superficie piana (piano vero e proprio o sviluppo di un solido cilindro o cono) sulla quale viene ritracciato il reticolato geografico con latitudine e longitudine. In base a formule di analisi matematica, che cambiano con il tipo di proiezione, si individuano per ogni coppia di coordinate geografiche la corrispondente e unica coppia di coordinate piane prospettiche si costruisce la proiezione del reticolato geografico su un piano che sta in corrispondenza della superficie da rappresentare di sviluppo la proiezione si costruisce su un solido, la cui superficie viene sviluppata, aperta, per creare un piano CARTE PROSPETTICHE Le carte si distinguono in base al punto di vista (punto da cui parte la proiezione) e alla posizione del piano rispetto all ellissoide Punto di vista Centrografiche: la proiezione parte dal centro dell ellissoide Stereografiche: la proiezione parte dal punto opposto Ortografiche: la proiezione parte dall infinito Posizione del piano Equatoriali: se il piano è tangente all equatore Polari: se il piano è tangente a uno dei poli Oblique: se il piano è tangente alle latitudini intermedie

13 STEREOGRAFICA POLARE pv: Polo opposto posizione: tangente al polo ORTOGRAFICA POLARE pv: infinito posizione: tangente al polo CARTE DI SVILUPPO Si costruiscono aprendo un solido (cono o cilindro) che avvolge l ellissoide e su cui sono stati proiettati meridiani e paralleli. CILINDRICHE Un cilindro avviluppa l ellissoide e una volta aperto meridiani e paralleli sono sono perpendicolari CONICHE Il cono avviluppa l ellissoide e una volta aperto i meridiani sono rette convergenti mentre i paralleli sono archi di circonferenza concentrici

14 CILINDRICA TANGENTE ALL EQUATORE CONICA TANGENTE AD UN PARALLELO Associato ad ogni sistema proiettivo c è una o più deformazioni. Ogni carta quindi in funzione delle qualità che rimangono inalterate può essere classificata nei modi seguenti: EQUIVALENTE carte che mantengono inalterate le aree (carte catastali) EQUIDISTANTE carte che mantengono inalterate le distanze ISOGONE O CONFORME carte che mantengono gli angoli

15 Per quanto riguarda la cartografia italiana si usa una proiezione di sviluppo: la rappresentazione planimetrica si ottiene proiettando la superficie terrestre su una superficie curva sviluppabile su un piano:i solidi che hanno questa caratteristica sono il CILINDRO CONO Per le carte topografiche d Italia si usa una proiezione CILINDRICA INVERSA Il cilindro che avvolge l ellissoide ha asse perpendicolare all asse di rotazione terrestre ed è tangente all ellissoide lungo un meridiano È una proiezione conforme

16 Rappresentazione di Gauss-Boaga L italia si estende in longitudine per 12, quindi si è divisa in due fusi di ampiezza 6 e di ogni fuso si è costruita la proiezione su un cilindro trasverso che avviluppa il globo ed è ad esso tangente nel meridiano centrale del fuso (9 per il fuso ovest e 15 per il fuso est). In questo modo si crea un sistema di riferimento cartesiano in cui Ascisse = equatore Ordinate = meridiano di tangenza con il cilindro Orientato a Monte Mario (ROMA) Via via che ci si allontana dal meridiano di tangenza, le deformazioni aumentano, e per mantenerle entro limiti accettabili non si può estendere l area da proiettare sul cilindro per più di 6. Per evitare valori negativi in ascissa nei due fusi (EST e OVEST) si è data una falsa origine in ogni fuso corrispondente a 1500 km il fuso ovest e 2520 km il fuso est Le coord. nord sono sempre > <=N<= Le coordinate est Fuso ovest <=E<= Fuso est <=E<=

17 Rappresentazione UTM Nel 1950 una convenzione fra le nazioni dell Europa Occidentale mise a punto una metodologia per esprimere una cartografia unificata europea. Punto di emanazione Postdam (Germania) Il globo è stato diviso in spicchi di 6 ognuno -60 spicchi Numerati da ovest a est a partire dall antimeridiano di Greenwich Italia compresa tra 32, 33, 34 Ogni fuso è proiettato sul cilindro trasverso tangente al meridiano centrale Falsa origine in ogni fuso corrispondente a 500 km Fasce di 8 parallele all equatore: 10 a nord e 10 a sud (l Italia sta tra la fascia S e la fascia T) Fascia x fuso = zona Zona divisa in quadrati di 100 km di lato (indicati da 2 lettere) Le coord. nord sono sempre >0 Le coordinate est <=E<=

18 Un sistema di riferimento cartografico (DATUM) è definito da: -Caratteristiche geometriche dell ellissoide -Punto di emanazione (ellissoide e geoide sono tangenti) -Orientamento dell ellissoide -Rete di inquadramento (misure di punti sul terreno -angoli e distanze compensazione) WGS84 Grazie alle nuove tecnologie satellitari negli ultimi anni si è affermato questo nuovo sistema in grado di determinare la posizione di un punto in tutto il pianeta attraverso la misurazione di tempi e distanze fornite da satelliti in orbita Inoltre attraverso la possibilità di poter usufruire di tali tecnologie è stato possibile determinare un nuovo ellissoide mondiale denominato WGS84 che più approssima la forma della pianeta. WGS84 proiezione UTM Cassini-Soldner E il tipo di rappresentazione utilizzato dal Catasto Italiano E una proiezione cilindrica inversa EQUIVALENTE, ha cioè una diretta proporzione tra aree rappresentate in carta e aree sul terreno (scopi fiscali) Ha più sistemi di assi cartesiani (850) ognuno con origini ben definite (ex: Toscana: Torre del Mangia a Siena)

19 Il passaggio a scale più piccole mi comporta una semplificazione degli oggetti rappresentati (generalizzazione) La scala determina anche quindi il livello di dettaglio di quello che è rappresentato: a scale maggiori corrisponde dettaglio maggiore quindi più oggetti rappresentati

20 Rappresentazione altimetrica Curve di livello DIRETTRICI (spessore maggiore) E INTERMEDIE Curve AUSILIARIE (tratteggiate) Punti quotati (cime di rilievi, incroci di strade, campanili) 600 m 675 m 700 m 800 m 850 m 900 m

21 Rilievo 1996 Rilievo 1952

22 Idrografia più evidente Limite bosco definito Parti urbane più leggibili

23 CARTOGRAFIA TEMATICA Tutte quelle carte che rappresentano su carte topografiche fenomeni o temi di natura diversa Carte geologiche Carte geomorfologiche Carte di uso/copertura del suolo Carte vegetazionali Carte climatiche.. CARTA GEOLOGICA

24 CARTA DELLE COPERTURE ARBOREE E ARBUSTIVE CARTA DELL USO DEL SUOLO

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26 FOTOINTEPRETAZIONE Con questo termine si intende tutte quelle operazioni che riguardano la codifica delle forme del territorio (naturale e antropico) attraverso l analisi di immagini aeree o satellitari FOTO AEREE Foto fatte da un aereo in successione in modo da avere una sovrapposizione tra fotogrammi sia entro la stessa strisciata, che tra strisciate contigue. In questa maniera tutto il territorio da indagare è coperto da foto aeree che si sovrappongono. Sovrapposizione del 60% tra foto contigue della stessa strisciata Sovrapposizione del 20% tra foto contigue di strisciate diverse

27 C è in mm La foto aerea sui margini riporta una serie di informazioni Numero fotogramma

28 Quota volo Bolla assetto Ora del volo Denominazione volo e data Grazie alla possibilità di sovrapporre le immagini contigue siamo in grado di vedere ciò che è ripreso in tre dimensioni attraverso lo stereoscopio a specchi Lo stereoscopio obbliga a vedere i due fotogrammi (punti omologhi) separatamente con i due occhi e da due punti di vista diversi in modo da percepire la PROFONDITA

29 La possibilità di vedere in 3d permette di avere tutta una serie di informazioni in più rispetto alla visione in 2D. Individuazione specie forestali Individuazione del tipo di governo Migliore individuazione di certe classi di legenda Individuazione terrazzi Zone alluvionali Zone in movimento (frane attive o quiescenti) LA COSA DA TENERE PRESENTE QUANDO SI FA FOTOINTERPRETAZIONE E IL CONTESTO DELLA ZONA CHE SI STA ESAMINANDO Fotointerpretazione e individuazione poligoni omogenei

30 Alla fase di fotointerpretazione deve essere associata una fase di controllo a terra Dicomano nel 1954 Dicomano nel 2002

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32 DEFINIZIONE DI GIS (Sistema Informativo Geografico) Una raccolta organizzata di dati geografici, apparecchiature (hardware e software) e personale tecnico finalizzati a catturare, immagazzinare aggiornare, manipolare, analizzare e mostrare tutte le forme di informazioni geograficamente referenziate (o geo-referenziate). Non si tratta quindi di uno strumento utilizzato solo per costruire mappe MA È uno strumento analitico e di modellizzazione che può identificare ed esplicitare le relazioni spaziali tra gli elementi rappresentati nella mappa. Tali elementi sono intesi come DATI e ATTRIBUTI

33 MODELLO DEI DATI Esistono 2 tipi di dati nella rappresentazione cartografica: OGGETTI sono entità discrete, che hanno una facile individualità e limitatezza (casa, fiume, lago, albero, bosco) FENOMENI si manifestano in modo continuo e occupano ogni punto della superficie terrestre (altitudine, temperatura, quota ) Associato ad ogni tipo di dato (discreto o continuo) esiste, in ambiente GIS, un MODELLO DI RAPPRESENTAZIONE Modello vettoriale Modello raster MODELLO VETTORIALE I dati rappresentati sono espressi come dati geometrici caratterizzati da una o più coppie di coordinate PUNTO X,Y PRIMITIVE LINEA POLIGONO X 1,Y 1 ;X 2,Y 2 ;X n,y n X 1,Y 1 ;X2,Y2,..,X n,y n ;X 1,Y 1

34 MODELLO VETTORIALE E costituito da una parte geometrica e una tabellare alfanumerica in cui sono immagazzinate le informazioni descrittive del dato rappresentato (ATTRIBUTI) temi Uds Ferrovie Stazioni ferroviarie Confini comunali Sedi comunali Stazioni pluviometriche Legenda ferrovie NOME_LINEA BORGO_S.LORENZO-PONTASSIEVE EMPOLI-SIENA FAENZA-BORGO_S.LORENZO-S.PIERO_A_SIEVE FIRENZE-AREZZO-CHIUSI-CHIANCIANO FIRENZE_ROMA_(DIRETTISSIMA) LIVORNO-PISA-EMPOLI-FIRENZE PRATO-FIRENZE S.PIERO_A_SIEVE-VAGLIA-FIRENZE TAV

35 Gli attributi sono tra gli elementi più importanti del GIS perchè permettono di rendere questi strumenti analizzatori di dati spaziali e quindi supporto alle decisioni Possono essere associate ai dati spaziali anche banche dati tabellari esterne collegate ai dati geometrici attraverso campi identificativi univoci e relazioni Esempio di una Amministrazione Comunale

36 Numerazione civica Uff. Anagrafe Uff. Ambiente AGGIORNAMENTO DATI Uff. Toponomastica Distribuzione della popolazione sul territorio Aggiornamento toponomastica Membri nuclei familiari Attraverso il confronto con altri dati territoriali posso fare simulazioni per capire il fabbisogno energetico, idrico ecc. MODELLO RASTER I dati sono riportati in una griglia regolare in cui l unità fondamentale è chiamata CELLA o PIXEL, tale elemento ne rappresenta la risoluzione spaziale Sono rappresentati da immagini satellitari, ortofoto, scansioni di carte topografiche.

37 CONFRONTO RASTER/VECTOR Volume di dati Overlay Visualizzazione Modifica e aggiornamento dati Struttura dati Raster Dipende dalla risoluzione del pixel e dal tipo di formato (compressione) Approssimato Lenta, a volte necessita di una buona scheda grafica Complessa Semplice Vector Compatti e poco pesanti Accurato Veloce Veloce Complessa CAMPI DI APPLICAZIONE In agricoltura Per stimare le colture stagionali (Generando carte tematiche da immagini satellitari, elaborando statistiche spaziali e restituendo i dati per indirizzare le politiche dei prezzi dei prodotti e per i controlli delle dichiarazioni - AIMA) Nella protezione civile Per generare coperture di erosione potenziale (Sovrapponendo dati territoriali relativi agli aspetti geologici, topografici, di uso del suolo,idrografici,..) Studiare la vulnerabilità degli acquiferi -Simulareeventi catastrofici

38 In settori ambientali Pianificare e definire confini di aree di interesse naturalistico da porre sotto protezione (Con analisi integrata di componenti ambientali ed antropiche) Monitorare geograficamente l inquinamento di aria, acqua e terra (Attraverso carte di isovalore ) Nelle amministrazioni comunali Realizzare e gestire il Piano Regolatore Gestire i tributi in funzione della localizzazione e della tipologia della proprietà Nelle aziende che gestiscono reti tecnologiche Inventariare e gestire le reti sul territorio Supportare le attività di manutenzione Simulare guasti e programmare gli interventi necessari Nel settore di analisi socio-demografiche Analizzare la distribuzione geografica dei dati statistici Fare analisi di geomarketing (Per controllare le aree geografiche in cui si distribuisce l utenza reale e potenziale e quindi localizzare in modo ottimale un nuovo servizio) OMOGENEIZZAZIONE DEI DATI Art. 29 Legge Regionale n 1/2005 Formazione e gestione del sistema informativo geografico regionale 1. La Regione, le province, i comuni e gli altri enti pubblici interessati realizzano, nell ambito del sistema informativo, la base informativa geografica regionale, le cui componenti fondamentali sono: a) le basi informative topografiche, geologiche,le ortofotocarte, le riprese aeree e satellitari,le cartografie storiche; b) le basi informative tematiche sullo stato delle risorse essenziali del territorio; c) le basi informative sullo stato di fatto e di diritto risultante dagli strumenti della pianificazione territoriale e dagli atti di governo del territorio.

39 5. La Giunta regionale provvede ad emanare apposite istruzioni tecniche al fine di definire e disciplinare: a) le modalità di realizzazione e gestione della base informativa; b) le specifiche tecniche, gli standard informativi minimi e le regole comuni, con riferimento alla produzione ed alla diffusione dell informazione geografica. 6. Tutti i cittadini interessati possono accedere gratuitamente al sistema informativo. Progetto INTERGEO Progetto GISNetwork Alta Toscana Progetto Iternet