ArcGIS 3: Effettuare analisi Manuale per lo studente
Copyright 2013 Esri Copyright 2014 Esri Italia All rights reserved. Course version 2.0. Version release date September 2013. Traduzione e adattamento di Antonio Patera. Versione 2014.1 Printed in the United States of America. The information contained in this document is the exclusive property of Esri. This work is protected under United States copyright law and other international copyright treaties and conventions. No part of this work may be reproduced or transmitted in any form or by any means, electronic or mechanical, including photocopying and recording, or by any information storage or retrieval system, except as expressly permitted in writing by Esri. All requests should be sent to Attention: Contracts and Legal Services Manager, Esri, 380 New York Street, Redlands, CA 92373-8100 USA. EXPORT NOTICE: Use of these Materials is subject to U.S. export control laws and regulations including the U.S. Department of Commerce Export Administration Regulations (EAR). Diversion of these Materials contrary to U.S. law is prohibited. The information contained in this document is subject to change without notice. US Government Restricted/Limited Rights Any software, documentation, and/or data delivered hereunder is subject to the terms of the License Agreement. The commercial license rights in the License Agreement strictly govern Licensee's use, reproduction, or disclosure of the software, data, and documentation. In no event shall the US Government acquire greater than RESTRICTED/ LIMITED RIGHTS. At a minimum, use, duplication, or disclosure by the US Government is subject to restrictions as set forth in FAR 52.227-14 Alternates I, II, and III (DEC 2007); FAR 52.227-19(b) (DEC 2007) and/or FAR 12.211/12.212 (Commercial Technical Data/Computer Software); and DFARS 252.227-7015 (DEC 2011) (Technical Data - Commercial Items) and/or DFARS 227.7202 (Commercial Computer Software and Commercial Computer Software Documentation), as applicable. Contractor/Manufacturer is Esri, 380 New York Street, Redlands, CA 92373-8100, USA. @esri.com, 3D Analyst, ACORN, Address Coder, ADF, AML, ArcAtlas, ArcCAD, ArcCatalog, ArcCOGO, ArcData, ArcDoc, ArcEdit, ArcEditor, ArcEurope, ArcExplorer, ArcExpress, ArcGIS, ArcGlobe, ArcGrid, ArcIMS, ARC/INFO, ArcInfo, ArcInfo Librarian, ArcLessons, ArcLocation, ArcLogistics, ArcMap, ArcNetwork, ArcNews, ArcObjects, ArcOpen, ArcPad, ArcPlot, ArcPress, ArcPy, ArcReader, ArcScan, ArcScene, ArcSchool, ArcScripts, ArcSDE, ArcSdl, ArcSketch, ArcStorm, ArcSurvey, ArcTIN, ArcToolbox, ArcTools, ArcUSA, ArcUser, ArcView, ArcVoyager, ArcWatch, ArcWeb, ArcWorld, ArcXML, Atlas GIS, AtlasWare, Avenue, BAO, Business Analyst, Business Analyst Online, BusinessMAP, CityEngine, CommunityInfo, Database Integrator, DBI Kit, EDN, Esri, Esri Team GIS, Esri The GIS Company, Esri The GIS People, Esri The GIS Software Leader, FormEdit, GeoCollector, Geographic Design System, Geography Matters, Geography Network, GIS by Esri, GIS Day, GIS for Everyone, GISData Server, JTX, MapIt, Maplex, MapObjects, MapStudio, ModelBuilder, MOLE, MPS Atlas, PLTS, Rent-a-Tech, SDE, SML, Sourcebook America, SpatiaLABS, Spatial Database Engine, StreetMap, Tapestry, the ARC/INFO logo, the ArcGIS logo, the ArcGIS Explorer logo, the ArcPad logo, the Esri globe logo, the Esri Press logo, the GIS Day logo, the MapIt logo, The Geographic Advantage, The Geographic Approach, The World's Leading Desktop GIS, Water Writes, www.arcgis.com, www.esri.com, www.geographynetwork.com, www.gis.com, www.gisday.com, and Your Personal Geographic Information System are trademarks, service marks, or registered marks in the United States, the European Community, or certain other jurisdictions. CityEngine is a registered trademark of Procedural AG and is distributed under license by Esri.
Indice 1... 3 I principi dell analisi spaziale... 3 Cosa è l analisi spaziale?... 4 Analisi di prossimità (Proximity analysis)... 5 Analisi di sovrapposizione (Overlay analysis)... 6 Analisi statistica (Statistical analysis)... 7 Analisi temporale (Temporal analysis)... 8 Il flusso di lavoro dell analisi spaziale... 9 Formulare la domanda... 10 Esercizio 1: Come applicare i flussi di lavoro dell analisi spaziale per risolvere un problema... 13 Passo 1: Formulare la domanda... 14 Passo 2: Esplorare i dati... 14 Passo 3: Scegliere metodi e strumenti... 16 Passo 4: Effettuare l analisi... 20 Passo 5: Esaminare i risultati... 20 Passo 6: Condividere i risultati in un rapporto... 21 Ripasso della lezione... 26 Risposte alle domande della Lezione 1... 27 Esercizio 1: Come applicare i flussi di lavoro dell analisi spaziale per risolvere un problema... 27 2... 29 La pianificazione e la preparazione di un analisi... 29 Pianificare un analisi... 30 Metodi di analisi... 31 Considerazioni sui dati raster... 32 Preparazione dei dati puntuali per l analisi... 33 Qualità dei dati... 35 Standardizzazione del riferimento spaziale... 36 L ambiente di geoprocessing e la documentazione... 38 Preparazione dei dati per le analisi raster: Interpolazione... 39 Esercizio 2: Preparazione dei dati per l analisi di selezione di un sito... 41 Passo 1: Esplorazione dei dati... 42 Passo 2: Creare il confine dell area di studio... 44 Passo 3: Impostazioni di ambiente... 45 i
Passo 4: Ritaglio delle strade secondo l area di studio... 46 Passo 5: Ridurre l estensione di un raster con le quote secondo l area di studio... 49 Passo 6: Convertire i poligoni dell uso del suolo in un dataset raster... 51 Passo 7: Creazione di un raster contenente solo l uso del suolo agricolo... 52 Passo 8: Miglioramento dell aspetto della mappa prima dell analisi... 53 Ripasso della lezione... 55 Risposte alle domande della Lezione 2... 56 Esercizio 2: Preparazione dei dati per l analisi di selezione di un sito... 56 3... 57 L analisi di prossimità... 57 Cosa è l analisi di prossimità?... 58 Quando utilizzare l analisi di prossimità... 59 Categorie dell analisi di prossimità... 60 Come misurano la prossimità gli strumenti di ArcGIS?... 63 Creare un buffer a scala globale... 64 Tipi di dati e analisi di prossimità... 66 Calcolo dei livelli di decibel con un analisi di prossimità raster... 67 Esercizio 3: Uso dell analisi di prossimità per la pianificazione delle emergenze... 70 Passo 1: Allocazione delle risorse a ogni scuola... 71 Passo 2: Determinare le distanze in linea retta tra gli ospedali e le scuole... 74 Passo 3: Calcolare il tempo di percorrenza di ogni eliambulanza... 76 Passo 4: Identificare le aree di controllo del traffico... 78 Passo 5: Identificare le strade entro ogni area a traffico controllato... 80 Ripasso della lezione... 82 Risposte alle domande della Lezione 3... 83 Esercizio 3: Uso dell analisi di prossimità per la pianificazione delle emergenze... 83 4... 85 L analisi di overlay con dati vettoriali... 85 Cosa è l analisi di overlay?... 86 Tecniche di overlay... 87 Effettuare un analisi di overlay... 90 Ricalcolo (apportion) degli attributi... 90 Overlay con Use Ratio Policy... 91 Esercizio 4: Analisi di overlay per la stima dei danni di un tornado... 94 Passo 1: Esplorazione dei dati... 95 Passo 2: Determinare le infrastrutture critiche lungo il percorso del tornado... 96 Passo 3: Stima dei danni alle strade... 97 ii
Passo 4: Creazione di un nuovo modello... 100 Passo 5: Aggiunta di un iteratore... 100 Passo 6: Make a feature layer... 101 Passo 7: Overlay delle particelle e del percorso del tornado... 102 Passo 8: Aggiunta di un campo per archiviare la perdita di valore delle proprietà... 103 Passo 9: Calcolo della stima del danno... 104 Passo 10: Somma totale dei danni alle proprietà... 104 Passo 11: Preparazione del modello per l esecuzione sotto forma di strumento... 105 Passo 12: Esecuzione del modello e controllo dei risultati... 106 Passo 13: Condivisione del modello come geoprocessing package... 107 Passo 14: Test del geoprocessing package... 109 Ripasso della lezione... 110 Risposte alle domande della Lezione 4... 111 Esercizio 4: Analisi di overlay per la stima dei danni di un tornado... 111 5... 113 L analisi di overlay con dati raster... 113 Cosa è l overlay raster?... 114 Derivare superfici da dati raster... 114 Convertire dati vettoriali in dati raster... 115 L overlay raster utilizzato per identificare le aree idonee all impianto di una vigna... 116 Analisi di overlay binario... 116 Weighted overlay analysis... 117 Flusso di lavoro del weighted overlay... 118 Tipica domanda dell overlay raster... 120 Riclassificazione... 120 Considerazioni per la riclassificazione... 121 Assegnazione dei pesi... 123 Esercizio 5: Analisi per l impianto di una vigna con l overlay raster... 124 Passo 1: Aprire il documento di mappa ed esplorare i dati... 125 Passo 2: Derivare la pendenza dalla quota... 126 Passo 3: Derivare la distanza dalle strade principali... 126 Passo 4: Esaminare i valori delle celle del raster... 127 Passo 5: Riclassificazione manuale del raster delle quote... 128 Passo 6: Riclassificazione della distanza con un file remap... 132 Passo 7: Riclassificazione della pendenza con un file remap... 133 Passo 8: Overlay dei raster con il Raster Calculator... 134 Passo 9: Modifica dei pesi e riesecuzione del Raster Calculator... 138 iii
Passo 10: Utilizzo del Raster Calculator per combinare celle con valore 4 e 5... 140 Ripasso della lezione... 142 6... 143 L analisi dei pattern spaziali... 143 Cosa è un pattern spaziale?... 144 Le statistiche descrittive... 145 Mean center... 146 Standard deviational ellipse... 147 Distribuzione dei dati... 148 Average Nearest Neighbor... 150 Autocorrelazione spaziale... 152 Analisi Hot spot... 153 Esplorazione dei pattern... 155 Esercizio 6: Analisi della distribuzione delle chiamate al 911 utilizzando la statistica spaziale... 157 Passo 1: Esplorare i dati... 158 Passo 2: Eseguiamo Average Nearest Neighbor... 159 Passo 3: Eseguire Spatial Autocorrelation... 162 Passo 4: Analisi hot spot per aggregare le chiamate e localizzare gli hot spot... 164 Passo 5: Analisi hot spot utilizzando un poligono per delimitare l area di studio... 166 Passo 6: Analisi hot spot per i tempi di intervento per le chiamate al 911... 168 Ripasso della lezione... 170 Risposte alle domande della Lezione 6... 171 Esercizio 6: Analisi della distribuzione delle chiamate al 911 utilizzando la statistica spaziale... 171 7... 173 L analisi dei pattern temporali... 173 Cosa è l analisi temporale?... 174 Dati con componente temporale... 175 Includere il tempo nelle analisi... 177 Analisi temporale degli atti di pirateria... 178 Pattern temporali e statistiche spaziali... 180 Misurare i valori statistici nel tempo... 181 Analisi spazio-tempo... 181 Grouping Analysis... 183 Esercizio 7A: Analisi temporale dei pattern negli attacchi dei pirati... 185 Passo 1: Analizzare visivamente i pattern nei dati... 186 iv
Passo 2: Utilizzo della time slider per analizzare gli attacchi per data... 187 Passo 3: Analisi di pattern temporali... 189 Passo 4: Creazione di animazioni con le serie temporali... 191 Esercizio 7B: Cluster analysis spaziotemporale... 196 Passo 1: Esplorare i dati degli episodi di violenza... 197 Passo 2: Aggregare gli episodi... 198 Passo 3: Creazione di una finestra spaziotemporale... 199 Passo 4: Effettuare un analisi hot spot in un contesto spaziotemporale... 200 Esercizio 7C: Effettuare una grouping analysis... 204 Passo 1: Analisi visiva delle chiamate al 911... 205 Passo 2: Esecuzione di una grouping analysis multivariata... 206 Passo 3: Esecuzione della grouping analysis per giorno lavorativo... 210 Ripasso della lezione... 212 Risposte alle domande della Lezione 7... 213 Esercizio 7A: Analisi temporale dei pattern negli attacchi dei pirati... 213 Appendice A... 215 Esri data license agreement... 215 Appendice B... 219 Risposte ai ripassi delle Lezioni... 219 Lezione 1: I principi dell analisi spaziale... 219 Lezione 2: La pianificazione e la preparazione di un analisi... 219 Lezione 3: L analisi di prossimità... 220 Lezione 4: L analisi di overlay con dati vettoriali... 221 Lezione 5: L analisi di overlay con dati raster... 221 Lezione 6: L'analisi dei pattern spaziali... 222 Lezione 7: L analisi dei pattern temporali... 223 v
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Introduzione ArcGIS è lo strumento più idoneo per rispondere alla domande che implicano oggetti spaziali e la cui risposta non è chiara quando si osserva una semplice mappa su carta. Un analisi GIS prevede un flusso di lavoro ben definito che permette di identificare le domande alle quali si cerca una risposta, i criteri e i dati necessari e gli strumenti di ArcGIS che si devono utilizzare per effettuare l analisi. Un analisi sui dati permette di comprendere meglio le relazioni spaziali tra gli oggetti geografici (feature) e permette di capire perché un fenomeno si manifesta in un determinato luogo. Queste informazioni possono poi essere utilizzate per prendere delle decisioni e per pianificare le attività future. In questo corso si imparerà a utilizzare i quattro tipi principali di analisi che permetteranno di rispondere a domande quali: Cosa c è sopra a? Cosa è vicino a? C è un pattern spaziale significativo? I fenomeni si manifestano in specifici momenti? Negli esercizi si seguiranno i flussi di lavoro dell analisi GIS utilizzando i differenti strumenti di ArcGIS per rispondere a domande spaziali del mondo reale. Obiettivi del corso Al termine di questo corso saremo in grado di: Seguire correttamente il flusso di lavoro per rispondere alle domande delle analisi. Utilizzare i flussi di lavoro delle analisi, quali creare un modello di idoneità pesato e determinare i cambiamenti nel tempo. Costruire e adattare i modelli di geoprocessing per automatizzare i processi delle analisi. Condividere i risultati del geoprocessing. Ulteriori risorse ArcGIS Resources - http://resources.arcgis.com Questo sito fornisce l accesso unificato all help sul web, ai contenuti online e al supporto tecnico. Esri GIS Dictionary - www.esri.com/gisdictionary Questo dizionario include le definizioni per la terminologia GIS relativa ai geodati, all analisi, alla modellazione GIS e al web GIS, alla cartografia e al software Esri. 1
Installazione dei dati per il corso Alcuni degli esercizi di questo manuale necessitano di dati. I dati sono disponibili su un DVD allegato alla terza pagina di copertina. Per installare i dati, inserire il DVD nel drive del proprio PC e seguire le istruzioni che compariranno nel wizard dell installazione. I dati verranno automaticamente installati nella cartella C:\Student. CLAUSOLA ESONERATIVA. I dati necessari agli esercizi presenti sul DVD allegato al manuale sono forniti senza garanzia di alcun tipo. Questi dati sono forniti nello stato in cui si trovano, senza osservazioni o garanzie, espresse o implicite. Esri Italia non garantisce che i dati presenti su questo DVD siano completi, veritieri, accurati o non ingannevoli. Nulla di quanto contenuto sul DVD costituisce o intende costituire un suggerimento di qualsiasi natura. Esri Italia non è responsabile del contenuto, uso di questi dati o altro ad essi connesso: per qualsiasi perdita diretta, nella misura in cui i dati sono forniti gratuitamente; per qualsiasi perdita indiretta, speciale o conseguente oppure per perdite commerciali, perdita di ricavi, introiti, profitti o risparmi presunti, perdita di contratti o di relazioni commerciali, oppure perdita o corruzione d informazioni o dati. Queste limitazioni di responsabilità si applicano, anche se Esri Italia è stata espressamente informata sulle potenziali perdite. Icone utilizzate in questo manuale Note evidenzia ulteriori informazioni, eccezioni o specifiche circostanze che si applicano a uno specifico caso o procedura. Suggerimenti fornisce un veloce aiuto per effettuare un operazione o per chiarire un concetto. Ulteriori risorse fornisce informazioni opzionali o su uno specifico argomento del corso. Best practice suggerisce linee guida industriali o professionali, aiuta a definire gli obiettivi o le priorità e permette di risparmiare tempo. Tempo stimato fornisce un idea della durata di un esercizio. Warning avvisa su potenziali problemi o su azioni che dovrebbero essere evitate. 2
1 I principi dell analisi spaziale Parole chiave Analisi di overlay Analisi di prossimità Analisi spaziale Analisi statistica Analisi temporale Introduzione Questa lezione introduce i principi delle analisi spaziali e presenta il flusso di lavoro per poterle effettuare correttamente. Durante l intero corso faremo pratica sui vari flussi di lavori adatti a ogni specifico tipo di analisi spaziale che potremo poi applicare a tutte le analisi che effettueremo nel nostro lavoro. Questa lezione ci fornisce inoltre una panoramica sui quattro tipi principali di analisi coperti da questo corso, che esamineremo nelle prossime lezioni. Obiettivi della lezione Dopo avere completato questa lezione saremo in grado di: Capire cosa è un analisi spaziale. Identificare i passi dei flussi di lavoro dell analisi spaziale. Seguire i flussi di lavoro dell analisi spaziale per risolvere problemi geografici. 3
Lezione 1 Cosa è l analisi spaziale? L analisi spaziale è il processo che esamina la posizione geografica, gli attributi e le relazioni tra gli oggetti spaziali (feature) attraverso le operazioni di sovrapposizione dei dati spaziali (overlay) e altre tecniche analitiche al fine di rispondere a domande o acquisire nuove informazioni. L analisi spaziale estrae o crea nuove informazioni dai dati spaziali. Generalmente il primo passo è una domanda che implica dati geografici. Trovare la risposta a questa domanda è l obiettivo principale dell analisi spaziale. Figura 1.1 L analisi spaziale supporta le decisioni sulla base delle informazioni. Il processo di analisi spaziale può essere semplice come l identificazione di un pattern su una mappa, oppure complesso come la costruzione di un modello che emula i flussi del mondo reale, combinando numerosi strumenti e dati per derivare nuove informazioni. In questo corso effettueremo quattro tipi di analisi spaziale. Figura 1.2 I quattro comuni tipi di analisi spaziale e le risposte alle quali rispondono. 4
I principi dell analisi spaziale Analisi di prossimità (Proximity analysis) L analisi di prossimità risponde alle domande: Quali feature sono vicine ad altre feature? Qual è la distanza tra di loro? Le feature devono appartenere allo stesso livello informativo (layer) oppure possono appartenere a layer diversi? In generale, le analisi di prossimità iniziano specificando un criterio, come per esempio le feature che si trovano entro una determinata distanza da un altra feature o da insiemi di feature. Poi vengono eseguite una o più operazioni utilizzando le feature selezionate, generando così nuove informazioni. Figura 1.3 Le particelle che si trovano parzialmente o completamente entro 500 metri di distanza dalla particella selezionata. Esempi di domande alle quali risponde l analisi di prossimità Cosa è vicino a? Quali sismi si sono registrati entro 50 miglia da Los Angeles, California? Cosa è più vicino? Quale pozzo è più vicino al rifugio? Qual è la distanza tra le feature? Qual è la distanza tra gli avvistamenti di aquila calva? 5
Lezione 1 Analisi di sovrapposizione (Overlay analysis) L analisi di overlay risponde alla domanda: Cosa c è sopra a? Gli strumenti GIS mettono insieme feature e attributi appartenenti a più layer per creare nuove informazioni. Sia le geometrie sia gli attributi di queste feature vengono intersecati durante il processo di overlay. Figura 1.4 Per predire i danni, i poligoni che rappresentano l intensità del tornado vengono sovrapposti ad altri poligoni contenenti altre informazioni. Esempi di domande alle quali risponde l analisi di overlay Quali tratti di strada ricadono nell area esondata? In quale regione si trovano il maggior numero di aeroporti internazionali? Quale porzione dell area di pattugliamento della polizia si trova entro il confine comunale? 6