GIS Sistemi Informativi Geografici Sono strutture di tipo informatico efficaci per organizzare, archiviare, analizzare, rappresentare l informazione geografica, quella cioè relativa a fenomeni spazialmente referenziati e interconnessi (città, strade, aree amministrative, boschi, colture, ecc.) Le strutture fisiche e le loro posizioni sono definite da dati geometrici (punti, linee, aree, superfici, volumi), associati a classificazioni e ad attributi (valori). Organizzazioni interessate: - enti cartografici - amministrazioni locali - compagnie commerciali - telecomunicazioni - distribuzione acqua, gas, elettricità, ecc. Sistemi Informativi Geografici 1
GIS CARTE efficaci per organizzare, archiviare, analizzare, rappresentare dati spazialmente referenziati efficaci per identificare e visualizzare fenomeni spazialmente referenziati, e per comprendere relazioni di tipo spaziale La carta può essere considerata come uno dei prodotti (output) di un GIS Sistemi Informativi Geografici 2
Uso dei GIS da parte dell amministrazione pubblica SCOPI: controllo sviluppo di una regione (ambito urbanistico) controllo dell assetto del territorio supporto alle decisioni (ambito urbanistico, industriale, attività del tempo libero,...) pianificazione (combinazione di diversi tipi di dati spaziali in un unico sistema, insieme a dati di altro tipo, es. legislazione vigente) manutenzione strade e autostrade gestione reti tecnologiche (acquedotto, gas, elettricità,...) pianificazione soccorsi Sistemi Informativi Geografici 3
Configurazione minima per la gestione di un GIS di basso livello Sistemi Informativi Geografici 4
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Addestramento Sistemi Informativi Geografici 7
Livelli di complessità dei GIS Livello 1 Archivio di dati consistente e completo (unico layer, inseribile in un altro sistema) Analisi e interrogazioni di tipo semplice Livello 2 Organizzazione di più layer di dati Operazioni analitiche più complesse (analisi statistica e spaziale) Livello 3 Tecniche di modellizazione dati più sofisticate Sistema di supporto alle decisioni ( Cosa succede se? ) Sistemi Informativi Geografici 8
Esempio di interrogazione a un GIS Sistemi Informativi Geografici 9
Cosa c è nella base di dati di un GIS BASE di DATI sistema di archiviazione intelligente, che permette la gestione di grandi e complesse quantità di dati in vista di obiettivi prestabiliti e il loro recupero ed elaborazione mediante interrogazione da parte dell utente. Una base di dati include: informazioni di tipo spaziale (rappresentano la geomentria delle entità geografiche tramite coordinate di punti); informazioni non spaziali (semantiche o statistiche), per la descrizione delle entità geografiche che compongono il territorio; informazioni sulle relazioni reciproche fra le diverse entità. Sistemi Informativi Geografici 10
Cosa c è nella base di dati di un GIS BASE di DATI sistema di archiviazione intelligente, che permette la gestione di grandi e complesse quantità di dati in vista di obiettivi prestabiliti e il loro recupero ed elaborazione mediante interrogazione da parte dell utente. I dati inseriti in una base di dati sono in formato digitale: perché direttamente acquisiti in forma digitale (acquisizione primaria), oppure perché digitalizzati a partire da carte esistenti (acquisizione secondaria) e richiedono un supporto di tipo informatico. Sistemi Informativi Geografici 11
L informazione georeferenziata dove sono gli oggetti COMPONENTE SPAZIALE COMPONENTE SEMANTICA COMPONENTE STATISTICA qual è la loro forma quali interazioni sussistono fra di essi attribuisce significato ai dati quantifica il valore dei dati Sistemi Informativi Geografici 12
L informazione georeferenziata: COMPONENTE SPAZIALE La componente spaziale descrive: DOVE sono gli oggetti del mondo reale, in termini nominali metrici di relazioni spaziali QUAL E la forma degli oggetti e dei fenomeni, nel senso di una descrizione qualitativa quantitativa di forme e strutture ASSOCIAZIONI e INTERAZIONI fra gli oggetti (fenomeni) Sistemi Informativi Geografici 13
DOVE SONO GLI OGGETTI Le posizioni degli oggetti vengono espresse in termini di primitive geometriche Sistemi Informativi Geografici 14
DOVE SONO GLI OGGETTI Le primitive geometriche possono anche essere usate per rappresentare fenomeni continui tramite dati campionati in maniera discreta: osservazioni puntuali si possono usare per rappresentare ad esempio: temperature, livelli di rumore, tipi di terreno, ecc. linee possono essere usate per descrivere confini tra fenomeni fisici, o il percorso di strade, fiumi, ecc. aree possono essere usate per rappresentare elementi naturali (foreste, laghi, ecc.) oppure regioni amministrative. Sistemi Informativi Geografici 15
QUAL E LA FORMA DEGLI OGGETTI Descrizione di forme e dimensioni Semplici misure di lunghezze aree direzioni angolari volumi pendenze di superfici (o calcoli desunti da coordinate) Analisi qualitative dei dati quantitative Definizione di parametri statistici Sistemi Informativi Geografici 16
RELAZIONI SPAZIALI fra gli oggetti Relazioni di prossimità descrivono distanze in termini qualitativi o quantitativi Relazioni di direzione sono dipendenti dall orientamento spaziale Relazioni topologiche sono indipendenti dall orientamento spaziale Sistemi Informativi Geografici 17
RELAZIONI TOPOLOGICHE Vengono definite in base alle primitive topologiche (si confrontino con le primitive geometriche corrispondenti) Sistemi Informativi Geografici 18
RELAZIONI TOPOLOGICHE Esempi di relazioni topologiche di prossimità di direzione Sistemi Informativi Geografici 19
RELAZIONI TOPOLOGICHE Un GIS si dice topologicamente strutturato se nel suo modello spaziale vengono esplicitamente registrate le relazioni topologiche fra gli oggetti descritti, e non solo la descrizione geometrica (coordinate) degli oggetti Esempio: adiacenza fra aree deve essere registrata in termini di codici di poligoni associati al lato sinistro e destro di un arco Sistemi Informativi Geografici 20
POLIGONO SINISTRO POLIGONO DESTRO Esempio di tabella ArcView: l adiacenza fra aree è registrata in termini di codici di poligoni associati al lato sinistro e destro di un arco. Sistemi Informativi Geografici 21
TOPOLOGIA E la disciplina matematica che si occupa di connessione e adiacenza di punti e linee e che permette quindi di analizzare le relazioni spaziali fra dati geografici. Una struttura dati topologica determina esattamente come e dove sono connessi punti e linee su una carta numerica per mezzo di congiunzioni topologiche, dette nodi. La teoria dei grafi è lo strumento utilizzabile per rendere consistente una carta numerica descritta per mezzo di primitive geometriche: qualsiasi aggiornamento della carta dovrà rispettare i vincoli topologici imposti alle varie entità geografiche coinvolte. Sistemi Informativi Geografici 22
Perché occorre la topologia Perché in molti casi la descrizione geometrica di un territorio non è sufficiente a garantire l assenza di inconsistenze nella sua rappresentazione. Ad esempio, se varia la scala nominale della rappresentazione digitale, si possono produrre inconsistenze, come in questo caso I vincoli topologici vanno quindi inseriti per garantire la consistenza della rappresentazione digitale. Sistemi Informativi Geografici 23
Un esercizio di topologia Descrivere geometria e topologia della carta riportata in figura GEOMETRIA GEOMETRIA DEI NODI NODO X Y A 0.0 0.0 B 1.5 4.0 C 1.5 3.0 D 4.0 1.5 E 7.0 3.2 F 7.0 0.0 GEOMETRIA DEGLI ARCHI ARCO COORDINATE l 1 1.5, 4.0 0.0, 4.0 0.0, 0.0 l 2 0.0, 0.0 7.0, 0.0 l 3 7.0, 0.0 7.0, 3.2 l 4 7.0, 3.2 7.0, 4.0 1.5, 4.0 l 5 0.0, 0.0 1.5, 3.0 l 6 1.5, 3.0 1.5, 4.0 l 7 1.5, 3.0 4.0, 1.5 l 8 7.0, 3.2 4.0, 1.5 l 9 4.0, 1.5 7.0, 3.2 Sistemi Informativi Geografici 24
Un esercizio di topologia Descrivere geometria e topologia della carta riportata in figura TOPOLOGIA DEI POLIGONI POLIGONO ARCHI a l 1, -l 5, l 6 b l 4, -l 6, l 7, l 9 c l 2, l 8, -l 7, l 9 d l 3, -l 8, -l 9 e l 1, l 2, l 3, l 4 TOPOLOGIA TOPOLOGIA DEI NODI NODO ARCHI A l 2, -l 5, -l 1 B -l 4, -l 6, l 1 C l 5, l 6, l 7 D -l 7, -l 8, l 9 E -l 9, -l 3, l 4 F -l 2, l 3, -l 8 TOPOLOGIA DEGLI ARCHI ARCO NODO INIZIALE NODO FINALE POLIGONO SINISTRO POLIGONO DESTRO l 1 B A e a l 2 A F e c l 3 F E e d l 4 E B e b l 5 C A a c l 6 C B b a l 7 C D c b l 8 F D d c l 9 D E d b Sistemi Informativi Geografici 25
L informazione georeferenziata: COMPONENTE SEMANTICA Serve per attribuire significato ai dati che rappresentano le entità geografiche. Contiene descrizione dei dati interpretazione Il modo standard di descrivere le entità geografiche è dato da una classificazione per categorie di tipo gerarchico, formata da classi e sottoclassi, a cui sono associati ben definiti codici codifica Sistemi Informativi Geografici 26
Esempi di codifica 01 Comunicazioni ferroviarie 0101 Ferrovie ordinarie 0102 Tramvie 0103 Ferrovie particolari 0104 Edifici e manufatti per il traffico ferroviario. Esempi di classificazione di tipo gerarchico 03 Edifici e costruzioni stabili 0301 Edifici di abitazione 0302 Edifici di culto 030201 Chiese 030202 Cappelle 030203 Oratori... 04 Idrografia 0401 Acque correnti naturali 040101 Fiumi 040102 Torrenti 0402 Canali artificiali. Sistemi Informativi Geografici 27
Esempi di codifica: CORINE Land Cover Classificazione delle coperture del suolo ( land cover ), unificata a livello europeo. Anche questa è una classificazione di tipo gerarchico, che dà luogo a una codifica univoca per le diverse classi di copertura del suolo. Level 1 Level 2 Level 3 1 Artificial surfaces 1.1 Urban fabric 1.1.1 Continuous urban fabric 1.1.2 Disontinuous urban fabric 2 Agricultural areas 3 Forests and semi-natural areas 4 Wetlands 5 Water bodies 1.2 Industrial, commercial and transport units 1.3 Mine, dump and construction sites 1.2.1 Industrial or commercial units 1.2.2 Road and rail networks and associated 1.2.3 Port areas 1.2.4 Airports 1.3.1 Mineral extraction sites 1.3.2 Dump sites 1.3.3 Construction sites 1.4.1 Green urban areas 1.4.2 Sport and leisure facilities 1.4 Artificial non-agricultural vegetated areas 2.1 Arable land 2.1.1 Non irrigated arable land 2.1.2 Permanently irrigated land 2.1.3 Rice fields 2.2 Permanent crops 2.2.1 Vineyards 2.2.2 Fruit trees and berry plantations 2.2.3 Olive groves 2.3 Pastures 2.3.1 Pastures 2.4 Heterogeneous agricultural areas 3.1 Forests 3.2 Shrub and/or herbaceous vegetation associations 3.3 Open spaces with little or no vegetation 4.1 Inland wetlands 4.2 Coastal wetlands 5.1 Inland waters 5.2 Marine waters 2.4.1 Annual crops/permanent crops 2.4.2 Complex cultivation patterns 2.4.3 Land pricipally occupied by agriculture, with significant areas of natural vegetation 2.4.4 Agro-forestry areas 3.1.1 Broad-leaved forests 3.1.2 Coniferous forests 3.1.3 Mixed forests 3.2.1 Natural grassland 3.2.2 Moors and heathland 3.2.3 Schlerophyllous vegetation 3.2.4 Transitional woodland-shrub 3.3.1 Beaches, dunes and sand plains 3.3.2 Bare rock 3.3.3 Sparsely vegetated areas 3.3.4 Burnt areas 3.3.5 Glaciers and perpetual snows 4.1.1 Inland marshes 4.1.2 Peatbogs 4.2.1 Salt-marshes 4.2.2 Salines 4.2.3 Intertidal flats 5.1.1 Water courses 5.1.2 Water bodies 5.2.1 Coastal lagoons 5.2.2 Estuaries 5.2.3 Sea and ocean Sistemi Informativi Geografici 28
L informazione georeferenziata: COMPONENTE STATISTICA La modellizzazione delle entità geografiche richiede di misurare gli elementi che le descrivono Attenzione! Le misure possono essere fatte in base a diverse scale di misura: scala nominale scala ordinale crescente precisione scala per intervalli descrittiva scala per rapporti Sistemi Informativi Geografici 29
Usare una scala di tipo nominale significa distinguere le entità solo in base a considerazioni di tipo qualitativo: in pratica si tratta di eseguire una classificazione. Esempio di carta in cui gli elementi di interesse sono rappresentati secondo una scala di tipo nominale Scala nominale Sistemi Informativi Geografici 30
Le entità vengono valutate (all interno di una determinata categoria) confrontandole fra di loro solo in termini qualitativi. I numeri che vengono usati per la valutazione ( misurazione ) delle entità non possono essere utilizzati per calcoli aritmetici. Scala ordinale Esempio Valutazione di un terreno agricolo in base a una scala ordinale: Categoria 1 Categoria 2 Categoria 3 Categoria 4 Categoria 5 Terreno molto fertile Terreno fertile Terreno mediamente fertile Terreno poco fertile Terreno di scarsa qualità In base a questa valutazione (che è anche un modo di classificare il terreno) si può costruire una Carta della fertilità del suolo per usi agricoli. Sistemi Informativi Geografici 31
Ha significato usare una scala per intervalli per quantificare differenze fra le osservazioni (in questo caso i rapporti non hanno significato). Scala per intervalli Viene fissata un unità di misura, ma il valore zero è arbitrario. Esempio: scala delle temperature (http://viz.globe.gov) Sistemi Informativi Geografici 32
In questo caso le grandezze vengono rappresentate in modo intrinsecamente significativo. Anche in questo caso viene fissata un unità di misura. Il valore zero significa assenza del fenomeno. Esempi: lunghezza di fiumi superficie di Comuni pendenze del terreno Scala per rapporti Lunghezze e aree definite in base a una scala per rapporti. Sistemi Informativi Geografici 33
COMPONENTE STATISTICA Trasformazione di dati I dati di tipo statistico che descrivono entità cartografiche possono subire trasformazioni: calcolo di indici statistici quali minimi, massimi, medie, mediane, ecc. esempi: numero di abitanti per km 2 temperature medie mensili reddito pro capite pendenze medie del terreno In questo caso, si deve verificare che i dati da elaborare siano rappresentati nella stessa unità di misura siano stati precedentemente trattati nello stesso modo rappresentino lo stesso tipo di informazione Sistemi Informativi Geografici 34