Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria per l Ambiente e il Territorio A.A. 2012-2013 Telerilevamento e SIT Prof. Ing. Giuseppe Mussumeci Architettura e funzionalità di una piattaforma GIS. Parte seconda: funzionalità essenziali
FUNZIONALITA DEI G.I.S. Editing di dati (geo)grafici (1): creazione, inserimento, elaborazione e verifica In genere non tutti i supporti informativi disponibili per le applicazioni GIS sono disponibili in formato digitale; ne consegue che spesso è necessario costruire nuovi database geografici o convertire in formato digitale quelli disponibili. Un software GIS fornisce procedure per generare e trasformare formati grafici digitali (raster e vector). Integra le funzioni di editing grafico più comuni e strumenti di verifica eliminazione di errori che possono essere generati durante la fase di editing e codifica dei dati (spaziali e non). (1) Dati grafici di interesse sono in genere i dati spaziali, quali mappe cartacee, cartografie numeriche, fotografie aeree, immagini satellitari, listati di misure topografiche puntuali, sequenze di coordinate GPS,.
Errori sui dati Incompletezza dei dati spaziali (mancano punti, linee, ecc.) Errori nella posizione (errori di digitalizzazione, scarsa qualità del dato iniziale,..) Distorsioni dei dati spaziali (cartografia di base a scala non corretta, foto aeree, documenti cartacei,..) Collegamenti errati tra attributi e dati spaziali (assegnazione errata degli identificatori univoci) Attributi errati o incompleti
Gestione dei dati (DBMS) Gestione (inserimento, aggiornamento, modifica) dei dati geometrici e degli attributi associati al generico elemento del tematismo (funzionalità proprie di un DBMS - DataBase Management System). In genere, i software dispongono di un proprio modulo interno per la gestione di database e prevedono funzionalità di collegamento con DBMS esterni. In ogni caso un sw GIS deve offrire tools per le seguenti operazioni: - creazione di tabelle di dati; - modifica dei dati inseriti e visualizzazione degli effetti sulle mappe - operazioni di join tra tabelle - acquisizione di dati da database esterni al GIS - import/export di tabelle in vari formati (testuale e binario) - creazione di grafici sulla base dei valori di uno o più campi
Manipolazione dei dati Trasformazione del sistema di riferimento e conversione di coordinate (1), al fine di ricondurre tutti i dati ad un unico sistema di riferimento geografico. Trasformazione di scala Classificazione e simbolizzazione dei dati (1) GEOREFERENZIAZIONE: insieme di azioni che mirano al corretto posizionamento spaziale degli elementi geografici, in base al sistema di riferimento cartografico utilizzato. Si distinguono procedure differenti per i tematismi vettoriali che, di norma, vengono prodotti già in coordinate (potrebbe essere necessario un cambio di sistema di riferimento) da quelle utilizzate per i tematismi raster, che invece occorre generalmente calibrare correttamente nello spazio attraverso opportuni spostamenti e scalature.
Selezione ed analisi dei dati Le funzioni di selezione e analisi dei dati rappresentano gli strumenti principali attraverso i quali un GIS è in grado di generare nuovi livelli informativi individuando o sfruttando relazioni tra aspetti della realtà a prima vista non correlati. selezione analisi spaziale geoprocessing Incidono sull efficacia dell applicazione GIS: tipologia, quantità e qualità dei dati a disposizione modello dati adottato organizzazione degli attributi nel database relazionale
Funzioni di base per la selezione di dati L operazione di selezione permette di estrarre dal data base geografico uno o più oggetti e di evidenziarli o memorizzarli in una memoria intermedia per successive elaborazioni. Selezione tramite puntamento L oggetto di interesse viene identificato sul video e selezionato con il mouse; il sistema risponde evidenziando sul video l oggetto selezionato e restituendo i valori degli attributi corrispondenti. Selezione tramite condizione sugli attributi La selezione degli elementi geografici si realizza attraverso una interrogazione più o meno complessa che opera sugli attributi (query) e che definisce una serie di condizioni che devono soddisfare gli oggetti da selezionare. Il sistema valida sintatticamente la query e la esegue. Gli oggetti selezionati vengono evidenziati sul video e resi disponibili per successive elaborazioni. Selezione tramite condizione geografica Si opera soltanto sulla componente geografica del dato con operazioni geometriche, topologiche, insiemistiche e geografiche. La selezione è in genere complessa e coinvolge altre operazioni di ricerca ed analisi (query, overlay, buffering, incrocio).
Selezione tramite condizione sugli attributi
Funzioni evolute per la selezione dei dati Query: selezione di elementi di un tematismo, anche mediante operatori logici complessi attraverso i quali si pongono condizioni sui dati associati Esempio: selezionare i tronchi stradali non pavimentati e con pendenza maggiore del 10%. Il risultato di tale funzione è quello di evidenziare sulla mappa tutti i tronchi che posseggono i requisiti richiesti e di riconoscere gli stessi, con relativi attributi, all'interno delle tabelle del DB e rendere i dati disponibili per eventuali elaborazioni. QUERY BUILDER
QUERY BUILDER
Selezione ed analisi dei dati Buffering: funzione che permette di creare un area di dimensioni variabili attorno all elemento prescelto in modo da individuare le relazioni di vicinanza o distanza che sussistono tra tale elemento e altri oggetti spaziali. E possibile dare una risposta a quesiti del tipo: - quali abitazioni sono coinvolte dalla costruzione di una strada? - qual e' il numero totale di clienti entro 10 chilometri dal centro commerciale? - quanti edifici si trovano entro 50 metri dalla condotta del gas? Asse stradale
Selezione ed analisi dei dati Incrocio: è l operazione che più di ogni altra esalta le caratteristiche dei GIS come integratori di dati e creatori di nuova informazione. La funzione di incrocio opera su due diversi tematismi e ne combina le informazioni creando un nuovo strato informativo. Dato un set di tematismi, l operazione di incrocio può essere effettuata tra il primo e il secondo det; il risultato, a sua volta, potrà incrociato con un altro set e così via; alcuni software permettono di effettuare tale operazione direttamente su un numero di strati maggiore di due. L operazione di incrocio tra elementi vettoriali può essere realizzata in varie forme: unione (union) taglio (clip) intersezione (intersect) dissolvenza (dissolve) collegamento (merge) Funzioni di incrocio o geoprocessing
GEOPROCESSING UNIONE (UNION) input theme overlay theme output theme L'operatore sovrappone un tematismo di overlay ad un tematismo dato e produce uno strato informativo che possiede estensione e contenuto di entrambi i tematismi. strade statali + = territorio provinciale Strade statali e territorio provinciale
GEOPROCESSING TAGLIO (CLIP) input theme clip theme output theme L'operatore seleziona ed isola, all'interno di un dato tematismo (input theme), gli elementi compresi all'interno di un tematismo di taglio (clip theme) senza alterare gli attributi del tematismo dato. strade statali + = territorio provinciale Strade statali interne al territorio provinciale
GEOPROCESSING INTERSEZIONE (INTERSECT) input theme overlay theme output theme L'operatore interseca un tematismo assegnato (input theme) con gli elementi di un altro tematismo (overlay theme). Il risultato è uno strato informativo che contiene gli elementi di entrambi i tematismi. strade statali + = strade provinciali strade statali e provinciali interne al territ. prov.
GEOPROCESSING DISSOLVENZA (DISSOLVE) Territori comunali L'operatore aggrega gli elementi del tematismo (features) in relazione al valore di un attributo comune. Territori provinciali
GEOPROCESSING COLLEGAMENTO (MERGE) L'operatore collega gli elementi (features) di due diversi tematismi unificandoli in un nuovo strato informativo. Vengono mantenuti gli attributi che hanno lo stesso nome. input themes + output theme
Considerazioni conclusive La tecnologia GIS consente di eseguire non solo semplici ricerche di natura grafica e alfanumerica, ma, soprattutto, sofisticate analisi spaziali (implementazione di modelli, individuazione di tendenze, predisposizione di scenari,.) nell'elaborazione delle quali dimostra tutte le sue potenzialità (generalmente su tematismi in formato GRID). Esempi di applicazioni: selezione/localizzazione in base alle relazioni spaziali ed agli attributi degli oggetti geografici; analisi temporale; modellazione di fenomeni mediante implementazione di relazioni matematiche tra elementi e attributi; valutazioni di idoneità (rispondenza di soluzioni ad obiettivi prefissati); valutazione di scenari e soluzioni, anche con procedimenti iterativi di analisi di idoneità e di modellazione; analisi di reti, ad esempio con ricerca del miglior percorso da una origine ad una destinazione o la ricerca della risorsa più vicina. Selezione ed analisi dei dati
Visualizzazione (output grafico) Produrre output grafici di alta qualità per comunicare i risultati delle elaborazioni: - rappresentazione cartografica, anche tematica; - visualizzazione di mappe, anche tridimensionali, e grafici; - produzione di report alfanumerici (tabelle, documenti standard, ecc.) e di documentazione multimediale integrata alla mappa. Il GIS rende la cartografia dinamica, in quanto consente di spostarsi sulla carta, cambiare la scala di visualizzazione, cambiare la simbologia, mostrare allo stesso tempo più strati informativi, aprire i contenuti di repository anche multimediali associati alle features,..
Ambiente di sviluppo Produrre elaborazioni ed ottenere risultati non esplicitamente previsti dagli strumenti standard presenti nel pacchetto software. Possibilità di definire procedure "ad hoc per integrare ed ampliare le funzionalità di base del software GIS. ESRI, ad esempio, fornisce un ambiente di sviluppo integrato basato sul linguaggio di programmazione Avenue, attraverso il quale è possibile creare nuovi elementi di interfaccia grafica e nuove funzioni specifiche per applicazioni GIS. Per poter ottenere i risultati desiderati è necessario conoscere le tecniche della programmazione e le specifiche caratteristiche del linguaggio, e ciò rende molto spesso indispensabile rivolgersi a professionisti del settore o a ditte specializzate.
Riassumendo Caratteristiche fondamentali di un software GIS: Interfaccia utente di semplice uso; Ambiente integrato per la gestione di mappe, tabelle, grafici, layout di stampa; Funzionalità avanzate per la visualizzazione delle mappe, l analisi dei dati, la produzione di cartografia; Integrazione di dati vettoriali (es. CAD) e raster (es. immagini TIFF). Utility per la proiezione cartografica dei dati; Procedure guidate per effettuare analisi geografiche complesse; Accesso e scambio dati attraverso l uso dei formati più diffusi; Editing di dati geografici e tabellari; Personalizzazione dell ambiente di lavoro; Ambiente di sviluppo integrato per estendere le funzionalità standard; Possibilità di espandere ulteriormente le potenzialità del software facendo ricorso ad estensioni prodotte da terze parti.
TERMINOLOGIA ESSENZIALE Theme (tematismo): insieme relazionato dei dati spaziali ed alfanumerici associati ad una specifica categoria di elementi geografici (edifici, strade, fiumi, sezioni censuarie, etc.); i tematismi vengono trattati come livelli informativi indipendenti, sovrapposti l uno sull altro nelle rappresentazioni delle mappe. Dal punto di vista topologico esistono tre tipologie di tematismi: puntuali, utilizzati, per posizionare elementi geografici che, alla scala di studio, occupino estensioni molto limitate; lineari, normalmente impiegati per reti stradali, fognarie, elettriche, idrografiche, ecc..; poligonali, per rappresentare superfici (aree amministrative, particelle catastali, unità geologiche, ecc..). Si distingue anche tra tematismi vettoriali (ovvero costituiti da singoli elementi indipendenti appositamente creati) e tematismi raster, che sono invece costituiti da matrici di elementi (ciascuno caratterizzato da un attributo di colore) derivanti da scansioni di mappe in formato cartaceo o da fotogrammi digitali (ortofotocarte, o immagini telerilevate);
View (vista): finestre di mappa in cui vengono visualizzati i dati cartografici relativi ai diversi tematismi. All interno di una finestra di view è possibile realizzare carte tematiche (una delle peculiarità specifiche più importanti dei software GIS) in funzione dei dati associati ai diversi livelli informativi; Table (tabella): database alfanumerico direttamente relazionato agli oggetti geografici del tematismo, normalmente con logica di collegamento biunivoca. È possibile gestire un qualsivoglia numero di campi che possono contenere dati di diversa natura: numerica, alfanumerica, booleana, temporale, oppure collegamenti ad altri file esterni; Layout: procedure per realizzare gli output definitivi di ciascun progetto (che possono essere stampati, plottati, oppure esportati in file grafici); Chart (diagramma): rappresentazioni dei dati delle tabelle in forma grafica mediante diagrammi a torta, a barre, ecc.; Script: programmi di elaborazione realizzati di norma con un linguaggi di programmazione proprietari che servono ad aggiungere ulteriori funzionalità al GIS.