Progettazione di Sistemi Informativi Territoriali, Dispense di Sistemi Informativi

Scarica Progettazione di Sistemi Informativi Territoriali e più Dispense in PDF di Sistemi Informativi solo su Docsity! PROGETTAZIONE DI SISTEMI INFORMATIVI TERRITORIALI Argomenti di base: - i Sistemi Informativi Territoriali: definizioni, componenti, applicazioni; - dati vector e raster (2D), Modelli Digitali del Terreno (DTM – 2,5 D); - cenni di geodesia e di cartografia; - modelli topologici di grafi e di mappe di poligoni (dati vector). Progettazione e implementazione di un SIT: - ciclo di vita di un SIT, fasi della progettazione di un SIT; - DB relazionali per un SIT: modello esterno, concettuale, logico, interno della base di dati; - schema ERD e tabelle relazionali per i dati di un SIT; - acquisizione di geodati per un SIT (geoportali e geoservizi, vettorializzazione, fotogrammetria, GPS); - valutazione della qualità dei geodati, metadati e compilazione dei metadati. Esercitazioni con elaborazioni svolte con software QGIS e ArcGIS Pro (6h+6h). Gli esercizi saranno fondamentali per eseguire elaborazioni nella parte finale del progetto: - Modelli Digitali del Terreno (DTM); - analisi di rete; - operazioni di buffering e overlay; - vettorializzazione. Nota: QGIS Long Term Release 3.22.10 Bialowieza – scaricare prima dell’esercitazione del 15 settembre la versione del proprio sistema operativo (Windows/Mac/Linux) indicata come LTR o come “Versione con supporto a lungo termine (più stabile) da questa pagina: https://www.qgis.org/it/site/forusers/download.html Progetto e realizzazione di un SIT a partire da ipotesi di lavoro concordate con docente ed esercitatori. Dopo le prime 4 settimane del semestre si iniziano le attività relative al progetto. Lunedì lezione, giovedì esercitazione e progetto. Modalità d’esame per gli studenti che svolgono il progetto durante il semestre: - consegne completate nei termini stabiliti durante il semestre e presentazione del progetto con alcune domande di teoria al momento dell’esame – per poter sostenere l’esame presentando il progetto, occorre completare in tempo utile tutte le consegne richieste durante il semestre (consegne di gruppo). Le scadenze delle consegne saranno comunicate a breve sia a lezione che tramite avviso su WeBeep. Esame di gruppo ma voto individuale. Bibliografia Su WeBeep: - slide di tutte le lezioni; - dispense per gli esercizi ArcGIS e QGIS e dati necessari. Testo di riferimento: F. Migliaccio, D. Carrion, Sistemi Informativi Territoriali, principi e applicazioni – seconda edizione, editore: UTET Università, Anno edizione 2019, ISBN: 9788860086075. Lezione 1 – 12.09.2022 1. I Sistemi Informativi Territoriali e la cartografia SIT = sistema supportato da calcolatore, che permette di lavorare con dati territoriali (ovvero dati associati alle coordinate del territorio) memorizzati in formato digitale nella base di dati del Sistema. I dati vengono messi a disposizione del software, vengono memorizzati su una base tabellare (base di dati) e servono per poter eseguire una serie di elaborazioni (dati e immagini, grafici, modelli digitali, rappresentazioni cartografiche) e interrogazioni. Sarebbe riduttivo pensare al SIT come un sistema completamente autonomo e automatico. Funzionalità del SIT: - memorizzazione dati; - interrogazioni; - elaborazioni; - produzione di modelli digitali; - produzione di cartografie. Ambiti di applicazione dei SIT in Urbanistica, Pianificazione del territorio e PA: - controllo dell’assetto e dello sviluppo del territorio; - pianificazione territoriale; - supporto alle decisioni in ambito urbanistico; - gestione e manutenzione strade, autostrade e infrastrutture territoriali; - gestione e manutenzione reti tecnologiche (acquedotto, gas, elettricità); - gestione emergenze e pianificazione dei soccorsi. In italiano SIT e GIS sono spesso intesi come sinonimi: - SIT = Sistema Informativo Territoriale; - GIS = Geographical Information System. Però possiamo distinguere: - SIT = il Sistema nel suo complesso (tutte le componenti); - GIS = la componente software. Nei SIT sono rispecchiate tutte le caratteristiche di qualsiasi sistema informativo, ma la particolarità che rende i SIT un caso peculiare di sistema informativo è data dal fatto che in questo caso fra le informazioni archiviate vi sono i dati necessari per la georeferenziazione, cioè per la definizione delle posizioni spaziali dei fenomeni di interesse. Lo sviluppo tardivo di applicativi GIS può essere spiegato dal fatto che l’informazione spaziale archiviata in questi Sistemi è più complessa e più difficile rispetto a memorizzare ed elaborare quella che si trova in altri tipi di Sistemi Informativi (non di tipo geografico). NB: QGIS è un sw GIS, non un SIT. Componenti del Sistema: 1. Hardware: componenti fisiche; 2. Software: applicativi (commerciali o gratuiti, proprietari o a pagamento); 3. Dati (Base di Dati): parte più importante e costosa del Sistema; Metadati: servono a descrivere e documentare le caratteristiche dei dati stessi. NB: gli “utenti del sistema” in alcuni testi di letteratura rappresentano la quarta componente. Ciò accade perché il progettista svolge un ruolo fondamentale, nella fase di progettazione del sistema è indispensabile tenere conto delle esigenze, abitudini di lavoro e competenze tecniche degli utenti del sistema che devono poi realizzare un SIT. Tipi di dati nel db di un SIT (tre componenti: spaziale, tematica, temporale): - dati spaziali: dati per la descrizione della geometria e della posizione nello spazio delle entità geografiche, ed eventualmente per la descrizione delle relazioni topologiche fra le entità spaziali; si dividono in: • dati geometrici, che definiscono la forma e la posizione nello spazio degli elementi geografici del territorio (es. i dati geometrici di una rete stradale permettono di vedere le forme della rete); • dati topologici, che definiscono le relazioni spaziali reciproche fra elementi geografici del territorio (evidenza delle connessioni, es. i dati topologici di una rete stradale definiscono le relazioni geografiche nel territorio); - dati tematici: specificano le caratteristiche di elementi geografici o di fenomeni spaziali, o di altri elementi di interesse per il SIT (es. valori di una temperatura); - dati temporali: specificano epoche o periodi di tempo delle diverse informazioni spaziali e tematiche (es. una data temperatura può essere fornita in un determinato tempo), che permettono non solo di collocare temporalmente un determinato fenomeno, ma anche di eseguire le variazioni progressive ed eventualmente di predirne l’evoluzione. I dati sono memorizzati su diversi strati informativi (layer), omogenei per quanto riguarda la tipologia di dato e il formato di rappresentazione. Lezione 2 – 19.09.2022 2. Dati spaziali digitali di un SIT: vector e raster I dati cartografici (dati spaziali o geometrici) forniscono la georeferenziazione degli elementi o fenomeni territoriali, quindi corrispondono alle informazioni cartografiche. Possono essere memorizzati secondo uno di questi due formati: - vector (rappresentazione bidimensionale); - raster. Modello vettoriale – 2D, in planimetria La georeferenziazione (forma e posizione) degli elementi del territorio è basata sulla definizione di alcune primitive geometriche (forme): - punti (es. alberature); - linee (es. corsi d’acqua); - poligoni (es. particelle catastali). Un formato standard per la memorizzazione e lo scambio di dati territoriali in ambiente GIS è Esri Shapefile (.shp): i dati vettoriali memorizzati in formato shp tipicamente possono essere usati da software GIS non prodotti da Esri (.shp è un formato di scambio dati proprietario di Esri). .shp contiene i dati che descrivono la geometria di elementi vettoriali e gli attributi tematiche temporali ad essi associati. Per esempio un singolo albero isolato viene georeferenziato con un punto, un bosco con un poligono, la pianta di un edificio con un poligono. I dati memorizzati sono coppie di coordinate che rappresentano la posizione dei punti in un determinato sistema cartografico: in Italia coordinate (Est, Nord) in UTM WGS84. Ogni coppia di coordinate rappresenta la posizione in planimetria di un punto lungo la linea. In una tabella relazionale, l’ordine delle righe non ha nessuna importanza per il sw: l’ordine secondo il quale deve essere riprodotta la sequenza di punti che formano la linea deve essere memorizzato (in una colonna apposita). I dati memorizzati sono una sequenza di coppie di coordinate che rappresentano la posizione dei punti lungo il bordo del poligono in un determinato sistema cartografico e sistema di riferimento (la geometria vettoriale del poligono viene memorizzata memorizzando la geometria del suo bordo, con la condizione fondamentale che l’ultimo punto della sequenza deve coincidere con il primo, dunque si deve trattare di una linea chiusa). Modello vettoriale: superfici – 2,5 D Le superfici si possono rappresentare in formato vector (2,5 D, non permette di vedere i volumi ma l’andamento della superficie) e memorizzare come TIN (Triangulated Irregolar Network), composto da quote planimetriche a cui si aggiunge l’altimetria (quote dei punti). Per rappresentare la superficie del terreno (modello della superficie = Modello Digitale del Terreno) occorre conoscere le quote di un certo numero di punti, che devono essere organizzati secondo una struttura a maglie triangolari. Modello raster – 2D Nel caso dei dati raster, la posizione in cartografia degli elementi del territorio è definita in base ad una griglia regolare di celle di forma regolare, tipicamente quadrate (pixel) che coprono l’area di interesse. Per ogni pixel viene memorizzato un valore (dato tematico). Struttura per la memorizzazione dei dati raster: matrice di valori. Matrice = insieme ordinato di valori; valori ordinati per righe e per colonne. Oltre ai dati della matrice, occorre memorizzare alcuni pochi dati ausiliari, in modo che il software GIS possa georeferenziare il raster: - coordinate (x e y o Est, Nord) di uno dei vertici della matrice; - numero di righe e numero di colonne della matrice; - dimensione dei pixel. Si definisce così la posizione del raster in un determinato sistema cartografico e sistema di riferimento. Modello raster: superfici – 2,5 D I dati raster possono essere: - immagini digitali, come la scansione di una fotografia; - immagini ottenute da telerilevamento; - immagini da ripresa fotogrammetrica. - Le superfici (ad esempio la superficie del terreno) si possono rappresentare in formato raster e memorizzare come grid. Per rappresentare la superficie del terreno come grid, occorre memorizzare per ogni pixel un dato di quota. Modello raster: modelli digitali di fenomeni spaziali – 2,5 D Dati raster: risoluzione spaziale Lezione 3 – 19.09.2022 3. Modelli Digitali del Terreno (DTM) à servono a rappresentare con dati digitali l’andamento delle quote del terreno. Curva di livello = curva che unisce tutti i punti a quota costante. Nelle carte analogiche moderne, e curve di livello sono un’idea abbastanza recente. Questo è l’accorgimento che da qualche secolo usano i cartografi, per rappresentare su un supporto bidimensionale l’andamento del terreno, che è considerata la terza dimensione. In passato non era così scontata questa rappresentazione. L’accorgimento che utilizzano i cartografi per rappresentare la tridimensionalità su un piano bidimensionale è dato tramite le curve di livello e le ombreggiature. La prima immagine (che non è una rappresentazione cartografica) era un modo per rappresentare simboli usati molti anni fa per indicare che in una determinata zona c’erano dei rilievi. Ad esse i cartografi non associavano valore numerico della quota del terreno ma era solo un modo da cui si deduceva solo qualitativamente la zona collinosa. La seconda immagine, la carta della Svizzera, indica nuovamente le montagne, restituendo informazioni qualitative (senza indicare le quote). Nella rappresentazione a curve di livello (terza immagine) invece vengono associate delle quote ad ogni curva di livello (isoipsa) che consentono di capire l’elevazione sul livello del mare di un determinato territorio, e dedurre anche informazioni quantitative. I sw GIS, per riportare le curve di livello su una dimensione bidimensionale, devono avere a disposizione un modello digitale del terreno. La rappresentazione digitale si basa su file che contengono al loro interno le informazioni altimetriche del terreno. La rappresentazione della prima immagine deriva dal DTM della zona, e consente di sovrapporre la cartografia con le curve del terreno. La seconda è una rappresentazione cartografica sovrapposta alle curve di livello. Quote ortometriche (H) = termine tecnico che indica le quote sul livello del mare. Il livello del mare è la quota zero a cui ci si riferisce nei modelli digitali. Quote ellissoidiche (h) = non misurano l’altezza rispetto al livello del mare, ma rispetto ad una superficie ideale definita ellissoide. h è quindi una quota ellissoidica che indica l’altezza del punto riferita al geoide. Con la strumentazione GPS si determinano le quote ellissoidiche, ma queste non sono adatte a fare un DTM, poiché vanno convertite. La conversione avviene tramite una formula banale, che va a togliere l’ondulazione del geoide (N) alla quota ellissoidica (h): H = h – N DTM = modello digitale (numerico) dell’andamento altimetrico del terreno, adatto all’elaborazione automatica e alla sua rappresentazione con sw di tipo GIS. Es. spalmando immagine fotografica sul modello (immagine di sinistra). Ci sono due possibilità quando si vuole rappresentare un DTM: - realizzare un DTM in formato grid (griglia regolare di punti in planimetria) à raster; - realizzare un DTM in formato TIN (Triangulated Irregular Network), ovvero dei punti che formano una rete irregolare di triangoli. Realizzazione di un modello digitale del terreno: - acquisizione dei dati delle quote dei punti del terreno che serviranno per la realizzazione del DTM (e riduzione delle stesse ad un unico sistema di riferimento e sistema cartografico georeferenziato); - definizione di quale tipo di modello digitale del terreno si intende realizzare: grid o TIN; - realizzazione del modello attraverso opportuni algoritmi di interpolazione o triangolazione. A partire dai dati del DTM, utilizzando altri tools, sarà poi possibile eseguire elaborazioni ed analisi per ottenere diversi prodotti di tipo cartografico (sezioni, curve di livello, calcolo dell’angolo di esposizione alle direzioni cardinali ecc). Le quote terreno sono acquisite in posizioni planimetriche distribuite in modo irregolare. Metodi di acquisizione: - restituzione di immagini aerofotogrammetriche; - elaborazione digitale di immagini da satellite; - rilievi laser scanner – a bordo di aerei; - vettorializzazione di cartografia (curve di livello e punti quotati); - topografia classica (misure di dislivelli); - posizionamento satellitare (GPS). Nota: i dati possono essere recuperati in diverse forme, ma è importante che essi siano tutti nello stesso riferimento. Calcolo di un DTM di tipo GRID Un modello di tipo grid è un tipo di modello in formato raster in cui i dati sono disposti in maniera regolare. Le quote del terreno (quote note) sono acquisite in posizioni planimetriche distribuite in modo irregolare. La situazione iniziale (input) è che le quote, reperite da diverse fonti o metodi di rilevo, sono distribuite in maniera non uniforme sul territorio, in modo irregolare. Ciò che si vuole ottenere per avere un DTM di tipo grid è riordinare i dati secondo una griglia regolare di quote (output). GIS può effettuare quest’operazione in maniera automatica conoscendo le coordinate e le quote. I valori delle quote del modello vanno determinati in corrispondenza di una griglia regolare di punti: si applicano algoritmi di interpolazione basati sulla media pesata delle quote dei punti noti. Gli algoritmi di interpolazione sono un grande capitolo di elaborazione dei dati spaziali. Tuttavia, per questa operazione, l’algoritmo è piuttosto semplice perché applica la media pesata delle quote note. GIS calcola una media pesata a partire dai dati input (IDW). Media pesata = calcolo che dà un risultato più accurato, pesando i dati di partenza. Dal punto di vista matematico, questo criterio si traduce in una media pesata in cui il peso assegnato alle quote note non è omogeneo ma è pari all’inverso della distanza ùù8o all’inverso della distanza al quadrato) fra punto di quota incognita e punti di quote note. Intuitivamente, i punti più vicini quindi pesano di più rispetto a quelli più lontani. Più i punti sono vicini nello spazio e più i valori di un determinato fenomeno saranno più simili tra loro. Si tratta di un criterio generale che viene applicato ogni volta che si vuole calcolare modelli spaziali (es. anche per la temperatura). Letteralmente si moltiplica ogni quota per l’inverso della distanza e poi si sommano tra loro. Il sw agisce in maniera automatica ma occorre fissarne i parametri. Un semplice algoritmo di interpolazione molto utilizzato per calcolare i DTM a griglia regolare è la media pesata delle quote dei punti prossimi a quello incognito. Il peso assegnato alle quote che si interpolano è pari all’inverso della distanza (o all’inverso della distanza al quadrato) dal punto di quota incognita (algoritmo IDW). Lezione 3 – 26.09.2022 Memorizzazione e rappresentazione di un GRID - Memorizzazione del modello Conoscendo quindi i vertici di un poligono, otterremo quello che viene definito 2.5D, ovvero una superficie in quote ma senza la rappresentazione volumetrica. Quando il modello viene memorizzato, viene memorizzata la matrice che contiene le quote dei pixel della griglia o con i dati ausiliari (pochi dati che servono al GIS a geo referenziare correttamente i dati in input, ovvero collocare il modello nel sistema di riferimento in cui stiamo lavorando. Ecco i pochi dati in questione: - le coordinate planimetriche (del tipo: Est, Nord) dell’origine della griglia; - il passo della griglia (∆E , ∆N ; solitamente ∆E = ∆N); - il numero di righe e colonne che compongono la griglia. Leggendo le due coordinate planimetriche dell’origine della griglia, il passo della griglia (grandezza del pixel) e il numero di colonne e righe della griglia, il sw riesce ad elaborare e rappresentare correttamente il DTM. Questi sei dati (tre coppie) consentono quindi la georeferenziazione del DTM, posizionandolo correttamente nel sistema di riferimento in cui si vuole lavorare. Vantaggi del modello GRID - modello molto semplice dal punto di vista del calcolo e della memorizzazione dei dati; - le elaborazioni basate su questo modello risultano piuttosto semplici; - è facile eseguire confronti tra diversi DTM della stessa porzione di territorio (occorrono però raster sovrapponibili, sia come dimensione totale del raster che raster della griglia). Criticità del modello GRID Occorre definire opportunamente: - dimensione dei pixel, commisurati alla densità dei dati di quota disponibili e alla variabilità delle quote del terreno: a priori si decide la dimensione del pixel e poi si fa in modo di procurarsi un numero adeguato di punti in cui sono note le quote del terreno, o viceversa, se si ha a disposizione una certa quantità di punti, allora si è vincolati a fissare le dimensioni del pixel in base alle quote misurate. Non c’è una regola rigida che lega la densità dei punti alla dimensione dei pixel, ma deve essere commisurata alla densità dei dati di quota disponibili e alla variabilità delle quote del terreno. La variabilità delle quote è importante, perché per esempio se si sta operando in zone pianeggianti, occorrono meno quote per definire un pixel, mentre se si è in una zona montuosa allora la densità dei punti deve essere elevata; - ampiezza dell’area di ricerca dei dati di quota da inserire nell’algoritmo di interpolazione raggio massimo dell’area di interpolazione): Bisogna stabilire il criterio di ricerca dei dati in input (es. raggio massimo, o n punti noti nell’intorno). Anche qui non c’è una regola aurea, molte volte si fanno una serie di prove per cercare di capire se il risultato migliora o peggiora sulla base dei criteri di scelta dei dati input; - occorre acquisire dati all’esterno della griglia, per evitare che gli algoritmi di interpolazione generino comportamenti “anomali” lungo i bordi della griglia. Questo significa che se si suppone che l’area in bianco sia divisa in pixel per realizzare il DTM non bisogna fermarsi al bordo dei pixel, ma occorre reperire dati di quota anche esterni. Questo per garantire ai pixel di margine di avere una giusta quantità di dati per effettuare l’algoritmo di interpolazione e non limitarlo a una certa posizione, che porterebbe ad una distribuzione anisotropa, con minori accuratezze del DTM. Una volta definita la porzione di territorio di DTM servono punti di quota nota in una cornice di almeno 3/5 pixel rispetto al territorio interessato. L’ampiezza della fascia esterna dipende anche dal raggio di ricerca che è fisso. La zona esterna deve quindi avere una dimensione tale per cui il raggio di ricerca cada esattamente all’interno dell’area. Esempi di possibili elaborazioni dei dati di un DTM (input: DTM in formato grid): - calcolo delle curve di livello; - calcolo delle pendenze del terreno (slope): le pendenze vengono calcolate come derivate del primo ordine, cioè sono rappresentate dal piano tangente alla superficie modellata dal DTM (nell’ipotesi che il DTM rappresenti una superficie continua, anche dal punto di vista matematico); - calcolo dell’angolo di esposizione del versante (aspect): direzione verso la quale si ha la massima pendenza del terreno (o massima variazione dell’altezza); - calcolo di una mappa con i versanti illuminati (hillshade): è la mappa delle ombreggiature, rappresentazione cartografica che da una rappresentazione dell’andamento qualitativo. DTM GRID: elaborazioni in ambiente ESRI ArcMap Carta delle altezze del terreno con curve di livello (ArcMap) – le variazioni del vede individuano le diverse variazioni di quota a cui vengono sovrapposte le curve di livello con le relative etichette. Carta delle “slope” (ArcMap) – è evidente la pendenza in gradi, pixel per pixel, riprodotti in sfumature di colore, in cui il colore più scuro restituisce pendenze minori. In questo caso l’azzurro è no-data perché c’è il mare. Carta dell’ “aspect” (ArcMap) – Il rosso indica il nord, il ciano indica il sud, il giallo indica est e il blu l’ovest. Ci sono poi le sfumature intermedie. In questo caso il no-data è rappresentato dal nero. Si tratta di una legenda di colori tipica che aiuta molto la lettura della mappa. Queste elaborazioni sono molto utili, perché una volta effettuate si può chiedere al sw di contare la numerosità dei pixel che hanno una certa esposizione. Conoscendo la dimensione dei pixel, la si moltiplica per la numerosità e si ottiene la porzione del territorio con una determinata esposizione. Sono stati pensati diversi algoritmi per le triangolazioni di punti le piano, e quello GIS si basa su due passaggi successivi di geometria computazionale (algoritmi che permettono di risolvere problemi geometrici in maniera automatica tramite algoritmi software) realizzati in modo automatico dal sw GIS: 1. Tessellazione di Dirichlet: partizione del piano in modo univoco in un insieme di poligoni (poligoni di Thiessen). È un passaggio che deve essere svolto prima della triangolazione vera e propria. Il software la applica prima di triangolare quindi è un passaggio invisibile ma che il GIS compie. Cosa significa questo passaggio? I pallini gialli (seed point) sono i punti di cui si conoscono le quote (dati input del DTM da triangolare), la tessellazione partiziona il piano all’interno della zona in modo univoco, in un insieme di poligoni chiamati ‘poligoni di Thiessen’. Il numero dei lati del poligono dipende quindi dalla densità e dalla distribuzione dei seed point. Ogni poligono contiene al suo interno un solo punto dei dati input chiamato seed point. Questi poligoni hanno un’interessante proprietà: prendiamo un punto qualunque (non seed point) al loro interno, preso un punto qualunque è sicuramente più vicino al punto di quota nota che a qualsiasi altro punto appartenente a un altro poligono. Questi poligoni vengono anche utilizzati, per via di questa proprietà, per la creazione delle zone di influenza. Es. se ogni seed point fossero una scuola elementare, il software calcola i poligoni di Thiessen, e tutte le abitazioni che ricadono nei poligoni, sono più vicine alla scuola del seed point di tutte le altre scuole. Questo calcolo della tessellazione è un algoritmo che ha diverse implicazioni GIS, anche senza passare al passo successivo. 2. Triangolazione di Delauney: definizione di triangoli che si ottengono unendo i vertici interni ai poligoni di Thiessen adiacenti. Come fa GIS a ottenere la triangolazione univoca dopo aver calcolato i poligoni? Il sw prende a due a due poligoni adiacenti, calcolati con la tessellazione, e ne unisce i seed point interni. Nota: esistono altri algoritmi che permettono di realizzare la triangolazione di un insieme di punti in base a criteri definiti, ma questi sono i principali. Se si sta analizzando un territorio irregolare – pianeggiante che diventa montuoso, il modello TIN è molto più adeguato rispetto al modello GRID in quanto consente di diversificare la densità dei punti del modello, perchè si adatta all’andamento del terreno: in pianura si ha bisogno di meno punti rispetto a dove il territorio aumenta la sua pendenza. I poligoni di Thiessen hanno una forma irregolare, ma il risultato è univoco, viene eliminata l’ambiguità in cui i triangoli possono essere rappresentati in maniera diversa. Indipendentemente dal punto in cui il sw parte a fare i calcoli, il risultato è univoco. Inoltre, viene soddisfatta anche la seconda proprietà, massimizzando l’equiangolarità di questi triangoli, dimostrato anche matematicamente (il più vicino possibile alla condizione di equiangolarità). I punti che si trovano sul bordo dei poligoni di Thiessen sono equidistanti da entrambi i seed point che sono all’interno dei poligoni adiacenti, e sono anche i più lontani. È una proprietà interessante questa perché viene utilizzata in GIS per il calcolo di percorsi più lontani. Per esempio, da un punto A ad un punto B, se si vuole massimizzare la distanza dai seed point (che possono essere degli ostacoli), ci si può riferire ai bordi dei poligoni di Thiessen. In questo caso, i punti hanno colore diverso per via dei loro attributi (tematismi). Successivamente si è definita una bounding box che include al suo interno solo la porzione di territorio che corrisponde alle coordinate minime e massime dei punti noti. I poligoni di T. vengono costruiti sulla base della densità dei punti. Naturalmente i poligoni si arrestano al bordo della bounding box. Per costruire la triangolazione, il sw unirà a due a due i punti interni dei poligoni adiacenti. Memorizzazione e rappresentazione di un TIN Nella base di dati del SIT si memorizzano (in una tabella relazionale), per ogni punto del modello, le coordinate planimetriche (E,N) e la quota H, insieme al codice identificativo del punto. Il modello del terreno viene “visualizzato” graficamente come una superficie continua “raccordando” i valori di quota corrispondenti ai vertici dei triangoli. Vantaggi del modello TIN - il modello è composto dai punti dove sono state acquisite le misure di quota originali (cioè dai valori delle quote nei punti dove sono state misurate); - la densità dei punti del modello corrisponde a quella adatta per rappresentare in maniera adeguata l’andamento in quota del terreno. Criticità del modello TIN - la struttura del modello non è «semplice» come quella di un DTM a griglia regolare, e può occorrere, tramite algoritmi di interpolazione, di doverlo trasformare in un modello GRID; - gli algoritmi di triangolazione sono solitamente piuttosto complessi dal punto di vista dell’implementazione (ma non del loro utilizzo); - per alcune elaborazioni in ambiente GIS si deve applicare una trasformazione da TIN a GRID prima di eseguire le elaborazioni stesse. Nota: tutti i DTM, che siano grid o tin, sono quelle che in linguaggio tecnico abbastanza affermato negli ultimi anni sono chiamate “coverage” di dati. Relazioni topologiche fra poligoni Modello topologico di poligoni connessi Per la costruzione del modello topologico di un layer costituito da poligoni connessi occorrono le primitive topologiche nodo, arco diretto e poligono. Grazie ad esse si può definire la relazione topologica di connessione fra poligoni. Due poligoni sono connessi (o adiacenti) se hanno una parte di bordo in comune: in questo caso i poligoni si trovano uno a sinistra e uno a destra dell’arco diretto che rappresenta la parte di bordo comune tra di essi. Un layer di poligoni mutuamente esclusivo e con copertura del 100% del territorio può essere memorizzato sfruttando il modello topologico dei poligoni connessi: in questo modo la geometria dei poligoni è consistente (nessuna sovrapposizione fra poligoni, e nessuna porzione del territorio non coperta da poligoni). Occorre memorizzare: - i dati che descrivono la geometria delle linee che costituiscono i bordi dei poligoni; - i dati che descrivono la relazione topologica di connessione fra i poligoni. Esempio di tabella in cui sono memorizzati i dati che costituiscono il modello topologico di un layer di poligoni sfruttando la codifica «left polygon – right polygon». La geometria del layer memorizzato in questo modo è consistente. Attenzione: i dati relativi alla geometria (cioè le coordinate) delle polyline che costituiscono i bordi dei poligoni sono memorizzati in altre tabelle. Layer di poligoni equivalenti (dal punto di vista topologico) Due o più layer di poligoni possono essere equivalenti dal punto di vista della topologia, ma non dal punto di vista della geometria. Esempio: i due layer sono topologicamente equivalenti perché hanno le stesse proprietà topologiche, ma non sono equivalenti per quanto riguarda la geometria. Modello topologico di una rete Per la costruzione del modello topologico di una rete (es. grafo stradale) occorrono le primitive topologiche nodo e arco diretto. Grazie ad esse si può definire la relazione topologica di connessione fra archi, che rappresenta come sono collegati fra loro i «tratti» della rete. - due nodi sono connessi se sono le terminazioni di un arco; - due o più archi sono connessi se hanno un nodo terminale in comune. Modello geometrico e modello topologico della rete stradale della Sicilia Nodi di connessione fra i tratti (archi) della rete Nodi di connessione fra i tratti (archi) della rete Codifica dei nodi della rete Dati del modello topologico: archi e nodi Dati del modello topologico + dati tematici Aggiunta del tratto A29dir/A (diramazione per Brigi) – aggiornamento dei dati nel modello topologico Aggiunta del tratto A29dir/A (diramazione per Brigi) – aggiornamento del modello geometrico Quali altri dati si potrebbero aggiungere? Modello topologico: - aggiunta delle uscite (svincoli) presenti sulle autostrade: sono nuovi nodi della rete; - aggiunta delle strade statali, con i nodi di connessione in corrispondenza ai nodi terminali dei tratti autostradali; - se necessario, aggiunta dei raccordi autostradali con le strade statali: sono nuovi archi della rete, con un nodo terminale in corrispondenza della connessione con l’autostrada e un nodo terminale in corrispondenza della connessione con la strada statale. Oltre al modello topologico, si possono strutturare (in altri layer) i dati relativi a viadotti, gallerie, aree di sosta e di servizio, località, ecc. In questo modo si arriva a realizzare un SIT relativo alla rete stradale di una determinata zona o Regione. Il SIT deve essere progettato secondo le regole che prevedono la realizzazione di modello esterno, modello concettuale e modello logico. Lezione 5 – 03.10.2022 5. Cenni di geodesia e di cartografia Come si ottiene una rappresentazione cartografica della superficie terrestre? 1. Si determinano le posizioni dei punti che rappresentano gli elementi spaziali su di una superficie che approssimi la forma della superficie terrestre à mappatura dei punti della superficie terrestre su una superficie di riferimento. 2. Si “proiettano” (pure proiezioni comporterebbero deformazioni esagerate, si tratta in realtà di equazioni matematiche complesse) i punti dalla superficie di riferimento al piano della rappresentazione cartografica à mappatura dei punti della superficie di riferimento sul piano della rappresentazione cartografica. Si fa una mappatura della superficie terrestre sulla superficie di riferimento (passaggio intermedio). Caratteristiche della superficie di riferimento: - deve approssimare bene la superficie terrestre; - deve essere possibile rappresentarla in forma matematica (scriverne le equazioni); - deve essere possibile stabilire una corrispondenza biunivoca tra i punti della superficie terrestre e quelli della superficie di riferimento (A – A0, corrispondenza data dalla normale, che è modo geometrico di proiettare il punto A sulla superficie di riferimento); - deve essere possibile istituire una geometria per i calcoli geodetici sulla superficie di riferimento. Coordinate geografiche Altitudine = angolo tra il piano equatoriale e la normale all’ellissoide passante per P. Longitudine = angolo tra il pino meridiano passante per P e il piano meridiano origine m0. Equatore = piano perpendicolare all’asse di rotazione dell’ellissoide. Tutti i punti che si trovano alla stessa latitudine formano un parallelo. Tutti i punti che si trovano alla stessa longitudine formano un meridiano. Sistema di riferimento WGS84 (World Geodetic System 1984) Il sistema di coordinate deve essere associato ad un opportuno sistema di riferimento. Un sistema di riferimento definisce come sono orientati gli assi del sistema di coordinate e qual è la loro origine. WGS84 = sistema di riferimento standard in Italiache definisce l’origine e la direzione delle coordinate; 84 è l’anno, senza fissare l’anno non si conosce la direzione dell’asse terrestre. Sistema di riferimento WGS84 per coordinate cartesiane: - asse z à diretto come il polo medio nell’anno 1984; - asse x à intersezione fra piano equatoriale e piano meridiano per Greenwich; - asse y à tale da completare la terna destrosa. La superficie di riferimento per le quote: il geoide Non è una figura definita per via puramente geometrica come sfera ed ellissoide, e non ha una superficie liscia definita: è una figura matematicamente molto complessa da definire (non si vede infatti l’equazione del geoide, contiene un numero di parametri elevato). Per definire il geoide bisogna misurare una grandezza fisica, la gravità, che non è uguale in tutti i punti della Terra ma dipende dalla densità delle masse. Il geoide è per definizione una superficie equipotenziale del campo di gravità terrestre (campo conservativo): emergono le linee di forza. Dal punto di vista matematico, il geoide è la miglior approssimazione della superficie terrestre: la sua equazione completa è particolarmente complessa, ed è funzione di infiniti parametri. È una superficie fisicamente individuabile, e il suo “modello” viene calcolato a partire da misure di gravità. Il geoide è usato come superficie di riferimento per le quote (perché essedo fisicamente individuabile, dato he dipende dalla misura di un parametro fisico, ovvero la gravità, si può definire e materializzare la posizione del geoide sulla superficie terrestre, cosa che non si può fare nei casi di sfera e ellissoide). Il geoide può essere approssimato, dal punto di vista fisico, dalla superficie “media” dei mari in condizioni ideali. Per questo motivo il geoide viene usato come superficie di riferimento per le quote ortometriche H. Le posizioni corrispondenti alla quota zero sono individuate dai mareografi. Le quote ortometriche sono le altezze sulla superficie del geoide (mare). Le quote ellissoidiche sono altezze sulla superficie dell’ellissoide. N = ondulazione del geoide, cioè altezza del geoide rispetto all’ellissoide (massimo valore in positivo o in negativo è di un centinaio di metri). Le quote (ortometriche) in Italia sono riferite ai punti di quota zero individuate dai mareografi di: - Genova per l’Italia continentale; - Catania per la Sicilia; - Cagliari per la Sardegna; - Lampedusa. Un modello globale di geoide è calcolato per tutta la superficie terrestre. In questo esempio è rappresentato il modello di geoide calcolato da dati della missione ESA (European Space Agency) GOCE. Un modello locale di geoide è calcolato per una porzione ridotta di superficie terrestre, su una specifica area geografica. In questo esempio è rappresentato il modello locale di geoide calcolato sull’Italia (ITALGEO05). In questo esempio e nel precedente sono rappresentate le cosiddette “ondulazioni del geoide” in metri (rispetto ad una superficie ellissoidica). Proiezioni per sviluppo – cilindriche: i punti vengono proiettati dalla superficie di riferimento su una superficie ausiliaria rappresentata da un cilindro, che può essere tangente o secante rispetto ala superficie di riferimento. Per ottenere la carta occorre sviluppare la superficie cilindrica sul piano. Carta di Gauss e rappresentazione UTM per fusi Carta di Gauss: rappresentazione cartografica derivata dalla proiezione cilindrica inversa. Gli assi del sistema di riferimento sono Nord (Greenwich) ed Est (Equatore). UTM = sistema cartografico in cui tutta la superficie terrestre viene suddivisa in tanti spicchi (60 fusi – zone). Il sistema UTM deriva da una rappresentazione cartografica definita matematicamente nel XIX secolo da Gauss – carta di Gauss = rappresentazione cartografica derivata dalla proiezione cilindrica inversa; gli assi del sistema di riferimento sono nord (meridiano centrale del fuso, Greenwich) e Est (Equatore). Cartografia italiana (IGM) – sistema UTM - cartografia UTM: ellissoide WGS84 geocentrico e inquadramento ETRF2008; - fusi 32, 33, 34 di ampiezza in longitudine di delta lambda = sei gradi; - fuso 34 spesso “riproiettato” sul fuso 33; - coordinate in km (coordinate chilometriche); - in ogni fuso viene definita una “falsa origine”, E = 500 km. Se si usano “vecchi” dati cartografici, potrebbero essere proiettati nel sistema cartografico di Gauss – Boaga, con riferimento Roma 40. Sommario: situazione della cartografia in Italia I sistemi di riferimento sono anche detti “datum”. Datum di tipo tradizionale: - Roma 40: datum nazionale, ellissoide di Hayford localmente orientato a Roma Monte Mario, cartografia di Gauss Boaga; - ED50: datum europeo, ellissoide di Hayford localmente orientato a Potsdam, cartografia UTM; In entrambi i casi, nella cartografia viene mantenuta la tradizionale separazione fra: - riferimento planimetrico (ellissoide): coordinate E, N; - riferimento altimetrico (geoide): quote ortometriche H. Datum moderno: ellissoide geometrico WGS84 – reti di inquadramento ETRF89 e ETRF2000. In questo datum le posizioni dei punti possono essere date in: - coordinate geografiche (fi, lambda) e quota ellissoidica h; - coordinate cartografiche UTM (E, N) e quota ortometrica H. Lezione 6 – 13.10.2022 6. Ciclo di vita di un SIT à fasi del progetto del DB di un SIT 1. Studio di fattibilità à si cerca di capire quali sono i costi, le possibilità dei dati, e si verifica se esistono risorse economiche e di persone (si cerca di capire se si è in grado di realizzare o no il sistema). Studio di fattibilità = definizione della fattibilità del sistema, dei costi delle varie alternative possibili e delle priorità di realizzazione delle varie componenti del sistema. 2. Raccolta e analisi dei requisiti à prima fase vera e propria, corrisponde al modello esterno. Raccolta e analisi dei requisiti = individuazione e studio delle proprietà e funzionalità che il sistema dovrà avere, e di quali operazioni so vorranno effettuare con il sistema – compresi requisiti sw e hw, che devono essere adatti al sistema e compatibili fra loro. 3. Progettazione e modellazione del db à parte di effettiva progettazione della base dati in cui capire come organizzare i dati, abbastanza impegnativa, occupa molto tempo, ma è importante perché se il modello della base di dati viene realizzato bene, allora anche il sistema dovrebbe funzionare in modo efficace e rispondere alle varie interrogazioni. Progettazione db (modellazione) = individuazione della struttura e organizzazione della base di dati del SIT. 4. Implementazione à fase di raccolta dati dalle fonti individuate, si ineriscono nel db e quindi si implementa il sistema. Una volta progettato il db si trova una struttura secondo tabelle in cui inserire e organizzare al meglio i dati. Implementazione = inserimento dei dati nella base di dati. 5. Validazione e collaudo à fase di verifica che non ci siano errori e tutti i dati siano stati implementati correttamente, e che tutto funzioni nel sistema, che esso sia in grado di rispondere alle interrogazioni e creare le realizzazioni cartografiche. Nei casi reali, se si lavora su SIT molto complessi che coprono territorio molto esteso, a volte è molto utile passare attraverso una fase prototipale – si realizza un prototipo, ovvero un sistema informativo territoriale che copra solo una parte del territorio che si era ipotizzato inizialmente. Prototipo = implementazione del sistema per un numero ridotto di strati informativi giudicati prioritari, a fini di sperimentazione, ed eventualmente per una parte ridotta del territorio di interesse. 6. Funzionamento à il sistema viene utilizzato da tutti gli utenti coinvolti nell’uso. Durante il funzionamento del sistema, bisogna sempre prevedere delle fasi di aggiornamento, per aggiornare continuamento i dati o le funzioni tecnologiche (migliorare le prestazioni del SIT). Già in fase di progetto bisognerebbe ragionare sulla frequenza con cui aggiornare i dati (dipende dal tipo di dati e dal modo in cui si vogliono utilizzare). Caratteristiche di un SIT Ci sono delle caratteristiche particolarmente desiderabili all’interno del sistema: - non deve essere troppo orientato alla soluzione di un determinato problema o applicazione; - deve avere il fine di realizzare l’integrazione verticale dei dati, cioè di garantire un flusso continuo in ambiente unico dall’acquisizione dei dati, alla prosecuzione, alla produzione dei risultati; - deve avere la capacità di scambiare dati con altre applicazioni e sw e riutilizzarli – integrazione orizzontale. A livello più avanzato, ciò porta all’interoperabilità, cioè la capacità di sistemi “computer based” di comunicare in maniera significativa fra di loro (scambiarsi dati e riutilizzarli). “unan$ iddnjins jp #3s0doud Ijpn3uang ‘anisnj>uo? JuOIZDIApIsUO9I a HURWWOI Juo:snj?UoI *3noAb| ip auoiznpod a 4213513035036 1U0/2D10gD]a Ip auoizn>asg “I1iqpaifisan Asanb aun2jo ip auo1zn>asg 1u012D10qD|a ‘Roposb 19p BID Ip 1103D2IPU! JUNIO IP 0/03jDI pa Asanb ‘1/5 [ap 2u01z0pijpy ‘opo;aui Jap 2uoIzbjiduo) ‘519 33ualquup ui auoizoLiodwi a iZuof 3.43/0 0 I]jP110d036 ‘qam 131S Dp 130p auoizisinbIo a 034391 :0301I2UA13fa1036 aspqnainp jap ozuawiD|odod LIS [2p 2u01z0zua wa ]dwj ‘*INGLINO Ip JUIWUL1S3 UI 3]jagDI a3sanb ip ognua3uo? 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Il modello concettuale e logico corrispondono al livello fondamentale della modellazione e progettazione di un sistema di dati. 7.1 Modello concettuale – schema ERD Il modello concettuale corrisponde alla descrizione di ciò che si è ipotizzato nel modello esterno, quindi nella fase iniziale di progettazione, mediante un formalismo univoco. Un metodo molto semplice per organizzare il modello concettuale è il diagramma entità relazionali (ERD, Entity Relationship Diagram, introdotto da Peter Chen nel 1976). Può essere definito sia secondo i formalismi che secondo il linguaggio di moderazione costituito da pochi elementi che si organizzano a blocchi. Con l’ERD è possibile rappresentare in modo univoco il modello della realtà che si vuole riprodurre attraverso le informazioni contenute nel db, quindi l’organizzazione dei dati definiti dal modello esterno. Nello schema ERD compaiono pochi elementi di base (costrutti), rappresentati graficamente (diagramma a blocchi delle entità e relazioni): • entità; • attributi; • relazioni tra le entità (e cardinalità dele relazioni). Nella base dati di un SIT, la realtà di interesse (territorio e fenomeni spaziali che lo riguardano) viene rappresentata con un numero finito di entità (processo di discretizzazione). L’insieme delle diverse entità rappresenta tutti gli elementi e i fenomeni che devono essere descritti nella base di un SIT (edifico, particella catastale ecc). • Entità: elemento o fenomeno del mondo reale, che ha una sua identità complessiva e non può essere suddiviso in parti ad esso uguali (un edificio non può essere suddiviso in altri edifici, ma corpi di fabbrica, o unità immobiliari). Altri esempi: particelle catastali, corsi d’acqua, parchi, zone di PGT ecc possono essere entità di un DB per un SIT. Non è detto che necessariamente tutte le identità debbano essere georeferenziate (ci sono identità spaziali e non spaziali, per esempio si possono inserire dati di persone, che sono geolocalizzabili attraverso GPS ma non sono come un edificio o un parco. Le entità sono caratterizzate da attributi, cioè dati che le caratterizzano e ne descrivono le proprietà. Corrispondono a quelli che saranno i layer una volta implementati i dati. • Attributi: proprietà che caratterizzano le singole entità o relazioni, cioè sono caratteristiche proprie e descrittive di un’entità o relazione. Esempio: attributi dell’entità edificio – anno di costruzione, numero di piani, stato di conservazione destinazione d’uso, ecc. Attributi dell’entità parco – nome, superficie, ente gestore ecc. Gli attributi possono essere di diverso tipo: - monovalore: può assumere un solo valore per entità (es. codice fiscale); - multivalore: per una stessa entità può assumere diversi valori, questo perché c’è la possibilità che l’attributo abbia diversi valori per la stessa entità (es. più lauree per una stessa persona); - semplici: attributi il cui valore è dato da un solo numero o da un solo valore, è possibile esprimerlo senza utilizzare dei sotto-attributi (es. comune di nascita, anche monovalore). - composti: ne esistono dei sotto-attributi (es. data di nascita scomponibile in tre sotto- attributi, giorno/mese/anno). • Relazioni tra le entità e cardinalità delle relazioni: rappresentano il legame concettuale o associazione fra due o più entità, di cui interessa tenere memoria nella base di dati. Esempio non georeferenziato studenti al Poli ed esami sostenuti, mentre esempio georeferenziato relazione tra via e numeri civici (entità numero civico, c’è un legame, ad una via possono corrispondere diversi numeri civici, ma ad un numero civico corrisponde una sola via). Di ogni relazione deve essere indicato il nome (diverso per ogni relazione presente in uno schema ERD). Per ogni relazione deve essere indicato il numero minimo e massimo di entità coinvolte (cardinalità della relazione). Con riferimento alle cardinalità massime, esistono tre possibili tipi di relazioni: - 1:1 (uno a uno): ad un elemento di un’entità può corrispondere uno ed un solo elemento dell’altra entità, e viceversa (es. numero civico e punto che ne rappresenta la posizione in planimetria); - 1:n (da uno a moliti): ad un elemento di una entità possono corrispondere più elementi dell’altra entità, mentre ad ogni elemento della seconda può corrispondere un solo elemento della prima (es. prima strada e numeri civici); - N:n (molti a molti): ad più elementi di un’entità possono corrispondere più elementi dell’altra entità e viceversa (es. particelle catastali e proprietari, le prime sono georeferenziate, le seconde no). Il diagramma, una volta rappresentato, riporta in maniera univoca il modello della realtà che si desidera riprodurre attraverso le informazioni contenute nella base dati. Come elencare nello schema gli attributi: si espande la casellina delle entità e sotto si fa l’elenco degli attributi, cioè i dati che poi si vogliono trovare nella base di dati. Oppure si lascia la casellina rettangolare con il nome dell’entità, e poi si collega la casellina con tante linee e pallini, se l’attributo è semplice si fa una linea con il nome dell’attributo, se è composto si fa un ovale e si riparte da lì. Schema ERD – esempi: modello concettuale di una rete stradale Gli sfondi colorati sono inseriti per capirci, nel modello vero e proprio non si mettono!!! Schema ERD— esempi: modello concettuale di poligoni di copertura del suolo Schema ERD – esempi: modello concettuale di dati catastali e copertura del suolo Modello concettuale di dati catastali e copertura del suolo Tre tipi di classificazione edificio – attributi diversi per ogni destinazione. Il proprietario non è un’entità geometrica, ma una tabella senza alcun tipo di georeferenziazione. Relazione particella catastale – copertura suolo à ad una particella può essere associata una sola copertura del suolo, 1:1. Ma a partire da una certa copertura del suolo (es. urbanizzato, grigia), si possono associare più particelle, 1:N (uno a molti). Ad una particella corrisponde un solo tipo di copertura del suolo (non posso avere particella divisa in due, metà urbanizzato e metà agricolo), mentre ad una copertura del suolo possono corrispondere più particelle. Relazione particella catastale – proprietario à una particella catastale può essere associata ad uno o più proprietari. Un proprietario può avere più di una particella catastale. Relazione proprietario – edificio à la stessa relazione particella catastale – proprietario intercorre tra proprietario ed edificio. È la relazione molti a molti. Questo è il modo di rappresentazione convenzionale. Ecco la conversione in chiave moderna. A e B sono entità (si mantiene il concetto rettangolo = entità). Si mantiene anche il tratto continuo che definisce una relazione. Sparisce totalmente il rombo. La cardinalità delle relazioni non viene più definita specificando 1:1, 1:N ecc, ma tramite dei tratti. La lettura viene fatta da sinistra verso destra. Classico esempio in cui sono presenti due simboli: relazione 1:N. Si ha una tabella con elenco studenti. Una riga della tabella entità studenti (quindi uno studente) può essere associata a minimo e massimo una scuola (associazione obbligatoria perché non vi è lo zero). Partendo da scuola, una riga della tabella scuola può essere associata ad un minimo di uno studente, fino ad N studenti. Riassumendo: ogni studente frequenta una e una sola scuola, ma ogni scuola ha più studenti. Esempio classico in cui sono presenti due simboli. Altro esempio con due entità. L’entità clienti verso destra trova uno zero e un N associato ai prodotti à un elemento della tabella clienti può essere associato da un minimo di zero ad un massimo di N prodotti (può uscire senza acquisti dal negozio o comprare un certo numero di prodotti). Lo stesso vale per l’entità prodotti à un prodotto potrebbe rimanere sullo scaffale perché nessuno lo ha comprato, oppure può essere comprato da più clienti. Si tratta di una relazione N:N, molti a molti. Vi sono quindi 3 tabelle, la tabella ponte contiene le due chiavi primarie, queste però perdono il valore di chiavi primarie in quanto si ripetono, viene inserito il terzo campo dove vi sono inserite le nuove chiavi primarie. Lezione 8.1 – 07.11.2022 8. Acquisizione di dati spaziali per un SIT 8.1 Geoportali e georisorse Termina la parte di progetto del sistema e inizia la fase di implementazione. Negli ultimi 10 anni, la quantità di dati per applicazioni di tipo GIS disponibili sul web è diventata ampissima. È necessario acquisire le parti di dati che occorrono per il database strutturato così come è stato progettato (estrapolazione dati). Il World Wide Web è una fonte molto ampia di georisorse. Georisorse: - geodati: dati spaziali (e mappe) accessibili su Internet grazie al Web; - geoservizi: sistemi software progettati per permettere applicazioni Web basate su dati spaziali che possono risiedere anche su diverse piattaforme hardware (fra i geoservizi possiamo comprendere anche i WebGIS). I geoservizi sono ormai molto flessibili. Strumenti di condivisione delle georisorse attraverso il Web: - geoportali: punti di accesso singolo a georisorse distribuite; - IDT: (Infrastruttura Dati Territoriali), infrastruttura composta da un insieme di “risorse” spaziali, metadati, utenti e strumenti connessi in maniera interattiva, tesa a facilitare l’utilizzo efficiente e flessibile delle georisorse. Internet = infrastruttura tecnologica (rete di computer) su cui “viaggiano” i dati. World Wide Web = uno dei servizi Internet, un sistema per la condivisione di informazioni in ipertesto sviluppato da Tim Berners-Lee presso il CERN. Il World Wide Web permette il trasferimento e la visualizzazione dei dati, sotto forma di pagine Web o ipertesto (ciò che si vede grazie al browser). Altri servizi Internet sono ad esempio la posta elettronica, la messaggistica istantanea, i trasferimenti FTP ecc. Architettura “server—client” per l’accesso a georisorse su Internet Dal lato server ci deve essere anche il software DBMS. Dal lato client il software GIS è tra parentesi perché non è indispensabile. Accedendo all’applicazione basata sull’architettura server-client è possibile scaricare geodati e svolgere elaborazioni in diverse modalità: - modalità (approccio) SERVER-SIDE: le elaborazioni sono svolte sul server; - modalità (approccio) CLIENT-SIDE: le elaborazioni sono svolte dal client (deve avere sw GIS installato localmente); - modalità (approccio) IBRIDO: le elaborazioni sono distribuite tra client e server in modo da sfruttarne al meglio le caratteristiche e minimizzare la quantità di dati scambiati. Fornisce essenzialmente sevizi di catalogo. I dati non risiedono fisicamente sul’RNDT, ma si viene indirizzati ad altri geportali o siti Web dove si possono trovare le risorse che interessano. IDT = Infrastrutture Dati Territoriali, infrastruttura digitale composta da un insieme di “risorse” spaziali, metadati e strumenti connessi in maniera interattiva, tesa a facilitare la disponibilità, l’accesso e la distribuzione dei dati territoriali e in generale delle georisorse. Una IDT è qualcosa di molto più complesso di un geoportale: di fatto, è una rete di geoportali. Obiettivo fondamentale di una IDT è la interoperabilità fra Sistemi Informativi. In base alla Direttiva europea INSPIRE (INfrastructure for SPatial InfoRmation in Europe, emanata il 15 maggio 2007 dalla Commissione Europea) in Europa è stata realizzata una IDT (Infrastruttura Dati Territoriali), oltre ad un geoportale di INSPIRE. Ogni stato membro realizza la propria IDT utilizzando quelle messe a disposizione dai vari Enti Pubblici presenti sul territorio, usando i geoportali come singoli punti di accesso alla IDT. Nota sull’interoperabilità – interoperabilità fra sistemi o fra applicazioni (definizione IEE = Insistute of Electrical and Elecrtonics Engineers) = capacità di Sistemi “computer based” di comunicare in maniera significativa fra di loro (scambiarsi dati e utilizzarli). In pratica, per chi è interessato a geodati e geoservizi ciò significa: - trovare la georisorsa che si cerca; - accedere a tale georisorsa; - essere in grado di interpretarla e utilizzarla. Oltre ai vantaggi tecnici, l’interoperabilità comporta anche vantaggi economici, con una riduzione del costo della condivisione di dati e applicazioni stimata fino al 25% circa. INSPIRE in Italia – a livello italiano, l’implementazione della Direttiva Inspire è stata realizzata tramite due geoportali: - Repertorio Nazionale dei dati Territoriali: il RNDT costituisce il catalogo nazionale dei metadati riguardanti i dati territoriali e i servizi ad essi relativi disponibili presso le Pubbliche Amministrazioni. Il rispetto delle regole tecniche del RNDT in aderenza agli standard ISO di riferimento assicura la contestuale conformità alla direttiva INSPIRE per quanto riguarda i metadati; - Geoportale Nazionale: il Geoportale Nazionale permette la visualizzazione e l’utilizzo della cartografia di base nazionale, prodotta a seguito dell’accordo integrativo tra Stato— Regioni del 12 ottobre 2000 sul Sistema Cartografico di Riferimento. Geoservizi Un geoservizio è un sistema software reso disponibile sul Web, al quale si può accedere da un geportale, che permette di svolgere applicazioni basate su dati spaziali che risiedono anche su diverse piattaforme hardware. Per la gestione dei dati sia spaziali che tematici, i geoservizi usano DBMS spaziali (ad esempio PostGIS). Applicazioni che possono essere svolte tramite un geoservizio: - gestione di metadati ed interrogazione di cataloghi di dati geografici; - visualizzazione di dati geografici (vettoriali e raster); - visualizzazione di attributi di dati geografici; - download di dati geografici; - elaborazioni su dati geografici; - monitoraggio di sensori (ambientali) sul territorio). Un servizio WPS (Web Processing Service) realizzato secondo le specifiche OGC permette di accedere in maniera standard a processi geospaziali tramite un’interfaccia web. I processi includono qualsiasi algoritmo, calcolo o modello che opera su un dato spazialmente riferito (raster o vettoriale). In un servizio WPS sono comprese tre operazioni: - GetCapabilities (fornisce metadati sul servizio); - DescribeProcess (fornisce una descrizione del processo, compresi input e output); - Execute (esegue il processo e fornisce l’output). Esempio di elaborazione che il client può ottenere da un servizio WPS. OGC Web Services (OWS) – servizi CSW Il CSW (Catalogue Service for the Web) è un servizio che permette al client di accedere a cataloghi di dati e metadati. I WebGIS Un WebGIS è un sit (o una sua parte) pubblicata su web. Permette di esplorare, eseguire analisi, produrre mappe a partire dai geodati che esso rende disponibili. Può essere considerato un geoservizio, e spesso è accessibile attraverso un geoportale. Come per tutti i geoservizi, l’architettura informata di questi sistemi è di tipo server-client. Caratteristiche di un WebGIS: - possibilità per il client di svolgere elaborazioni di tipo GIS grazie al browser (senza che sia necessario avere installato un sw GIS localmente); - interfaccia utente semplificata; - query semplificate; - eventuale possibilità di scaricare i dati e svolgere le elaborazioni localmente (con sw GIS installato localmente); Nota: un’applicazione di web mapping non è un WebGIS, riguara specificamente il processo di disegno e implementazione di cartografia e la sua condivisione attraverso internet. è 26E00r-:<-3MS DENSE /1 9 Pi tetko, E 4 SI 1 COSE nua È MAE Kidicoa 00. Lezione 8.2 – 14.11.2022 8.2 Geocodifica di indirizzi, scansione, georeferenziazione, vettorializzazione Geocodifica (geocoding) = operazione che associa ad un indirizzo o ad una località una coppia di coordinate (latitudine, longitudine) ed eventualmente la visualizzazione del punto su una mappa. Reverse geocoding = operazione che associa ad una coppia di coordinate (lat, lon) un indirizzo ed eventualmente la sua visualizzazione su una mappa. Strumenti per la geocodifica (e geocodifica inversa) Plugin = programma non autonomo che interagisce con un altro programma per ampliarne o estenderne le funzionalità originarie (ad es. un plugin per un software di grafica permette l'utilizzo di nuove funzioni non presenti nel software principale). Esempio di georeferenziazione di una carta antica Mappa antica georeferenziata in ArcMap su layer digitale di OpenStreetMap, utilizzando 8 coppie di punti omologhi Acquisizione di elementi geometrici vettoriali dall’immagine georeferenziata Se si vogliono acquisire elementi geometrici vettoriali (punti, linee, poligoni) a partire dall’immagine georeferenziata della mappa, è necessario eseguire una vettorializzazione, che può essere svolta in ambiente GIS. Esempio di vettorializzazione di poligoni: da tavole disegnate a dati .shp in ambiente GIS. (Elaborato di Laurea in IAT, Politecnico di Milano, D. Parini, 2016) Carta della densità crostale media (Vecchia, 1952) Poligoni vettorializzati in f = ArcMap della densità crostale media nell'area di studio N A Densità giom?) Lezione 9 – 21.11.2022 9. Metadati per la documentazione dei dati di un SIT Metadati = insieme strutturato di informazioni digitali relative ad una determinata base di dati, preparato da chi progetta e realizza la base di dati e il SIT, e costituiscono la documentazione della base di dati. Nel caso di un SIT, si possono compilare: - i metadati relativi ai singoli layer (o dataset); - i metadati relativi all’intero SIT. Utilità dei metadati: - costituiscono la documentazione interna per chi ha realizzato la base di dati e il SIT; - forniscono l’opportuna documentazione nel caso di pubblicazione online dei dati; molti standard per la pubblicazione e condivisione di dati spaziali definiscono regole per la compilazione dei metadati. Informazioni contenute nei metadati di un singolo layer (o dataset): - titolo, breve descrizione del dataset (abstract), parole chiave; - sistema di riferimento e proiezione cartografica in cui i dati sono georeferenziati; - localizzazione del territorio a cui si riferiscono i dati (“bounding box”); - epoca di acquisizione di dati, data dell’ultimo aggiornamento; - parametri di qualità (si veda la lezione 10); - responsabile dei dati, punto di contatto. ISO = Organizzazione Internazionale per la Standardizzazione, è il principale ente per la pubblicazione standard a livello internazionale. Il comitato tecnico ISO/TC 211 (Comitato Tecnico 211: Informazione Geografica) si occupa della pubblicazione di standard che riguardano le informazioni geografiche. INSPIRE (INfrastructure for SPatial InfoRmation in Europe) = direttiva della Commissione Europea –emanata il 15 maggio 2007 per la creazione di una IDT (Infrastruttura Dati Territoriali) a livello europeo, finalizzata alla pubblicazione e condivisione di dati e servizi geografici via Internet (si veda la lezione 8.1). Le prime regole di implementazione di INSPIRE riguardavano i metadati, e sono state definite nel maggio 2008. L’obbligo di creare i metadati è entrato in vigore a dicembre 2010 (obbligo per gli Enti Pubblici). Direttiva INSPIRE e metadati – contenuto informativo dei metadati secondo INSPIRE Direttiva della commissione Europea (vedi lezione 8.1) per la condivisione di dati e servizi geografici via internet. Dal 2010 è un obbligo per gli enti pubblici creare i metadati dei dati geografici a disposizione e renderli pubblici. La direttiva è fondata sulla norma ISO, definisce gli stessi principi di compilazione. Repertorio Nazionale dei Dati Territoriali (RNDT) A livello italiano, il Repertorio Nazionale dei Dati Territoriali (RNDT) è lo strumento per ricercare, attraverso i metadati, i dati territoriali – e relativi servizi disponibili presso le Pubbliche Amministrazioni, per valutarne l’idoneità allo scopo e ottenere le opportune indicazioni sulle loro condizioni di accesso e utilizzo. Il RNDT costituisce il catalogo nazionale dei metadati riguardanti i dati territoriali e i servizi ad essi relativi disponibili presso le Pubbliche Amministrazioni e si configura come registro pubblico di tali dati certificandone l'esistenza attraverso la pubblicazione dei relativi metadati. L’RNDT fornisce due funzionalità tipiche di un servizio di catalogo: - consultazione dei metadati, accessibile a tutti; - gestione dei metadati, riservata alle Pubbliche Amministrazioni accreditate. Strumenti per la compilazione dei metadati in ESRI ArcGIS Pro La funzione catalog permette di creare, aggiornare e gestire metadati nonché di importare ed esportare i metadati. Se ArcGIS Pro è impostato per utilizzare uno degli stili di metadati basati su ISO 19115, i metadati vengono esportati in un file XML in cui i metadati sono formattati come specificato da ISO 19139 (ISO 19139 è la specifica di implementazione per il contenuto dei metadati ISO 19115). Nota XML – in computing, eXtensible Markup Language (XML) is a markup language that defines a set of rules for encoding documents in a format that is both human-readable and machine-readable. XML is widely used for the definition of device-independent, system-independent methods of storing and processing texts in electronic form. It is now also the interchange and communication format used by many applications on the World Wide Web. Strumenti per la compilazione dei metadati in QGIS 1. Proprietà dei layer à menu à possibilità di compilare i metadati riguardanti quello specifico layer o editarli quando già compilati. In the layer properties dialog, the Metadata tab provides you with options to create and edit a metadata report on your layer. 2. Project properties à metadata tab à metadata che riguardano l’intero progetto. In the project properties dialog, the Metadata tab allows detailed metadata to be defined for the whole project, including (among others): author, creation date, language, abstracts, categories, keywords, contact details, links, history. 1. 2. Esempio valutazione dell’accuratezza spaziale – quote di un DTM Vengono calcolate le differenze fra il DTM da valutare e un modello di riferimento per tre porzioni di DTM ricalcolato in modo indipendente. Accuratezza tematica = correttezza dei dati di classificazione tematica, quindi valutazione dell’errore presente nella classificazione dei dati tematici in base ad una legenda. Per valutarla si confrontano i dati appartenenti alle diverse classi tematiche con dei dati di riferimento. Il riferimento è rappresentato dalla “verità al suolo”: si controlla se gli elementi memorizzati nel dataset (pixel o primitive geometriche) corrispondono oppure no a quello che c’è al suolo. Si controlla se gli elementi presenti nel dataset sono stati catalogati correttamente. Si può valutare sia per i dati in raster (verità del suolo rispetto ai pixel) che in vettoriale (controllo di punti, linee e poligoni rispetto alle categorie. I dati di copertura del suolo sono ottenuti “classificando” l’immagine da satellite, cioè assegnando a ciascun pixel una classe tematica di copertura del suolo. I risultati del confronto sono riportati nella matrice dell’errore di classificazione, che si costruisce svolgendo un controllo su un campione significativo di elementi. Esempio di matrice dell’errore di classificazione: - sulle righe sono riportati i numeri di pixel classificati nelle diverse classi sulla mappa; - sulle colonne sono riportati i numeri di pixel osservati al suolo nelle diverse classi. Accuratezza tematica globale della classificazione = rapporto tra la somma dei pixel classificati correttamente (valori che si trovano sulla diagonale principale della matrice) e numero di pixel di cui è composto il campione controllato. Un dataset di buona qualità è sopra il 95%. In questo caso: Errore di omissione per una classe = percentuale di pixel di una certa classe che non è stato classificato come tale (questi pixel sono stati per così dire “omessi” nella classificazione). Esempio, per la classe “Terreno agricolo”: Errore di commissione per una classe = percentuale di pixel che è stata classificata in una certa classe, ma in realtà non è stata verificata essere tale (e quindi è stata classificata erroneamente come appartenente alla classe). Esempio, per la classe “Terreno agricolo”: Questi indicatori non sono complementari. Anche nel caso di dati in formato vector (es. dati in formato .shp) si può valutare l’accuratezza tematica. Dati di questo tipo si ottengono da restituzione aerofotogrammetrica, e costituiscono i layer in un DBT. Se gli elementi vettoriali sono stati classificati in base a determinati tematismi, si può fare una verifica di accuratezza tematica. Anche in questo caso, la verifica è basata su un controllo della “verità al suolo”: si controlla tramite ricognizione se gli elementi memorizzati nel dataset corrispondono oppure no a quello che c’è al suolo. Tramite ricognizione al suolo si verifica quanti elementi dello shapefile corrispondono a quello che c’è veramente sul territorio, e quanti elementi dovevano essere classificati diversamente.