Modulo introduttivo: i Sistemi Informativi Geografici (GIS)

Gaia Gullotta 14-15 Maggio 2014, Castrignano dei Greci – Laboratori dal Basso (LdB)

Modulo introduttivo: i Sistemi Informativi Geografici

• Cos’è un GIS ed il suo potenziale applicativo • Modelli di rappresentazione e relazioni spaziali • Coordinate e sistemi di proiezione • Tabelle attributi e loro gestione • Principali strumenti operativi e di analisi • Simbologia cartografica e layout di stampa • Introduzione al telerilevamento • Standard OGC • Risorse sul web ed esercizi di fotointerpretazione

I

n

d

i

c

e

Tipologie di informazioni in un GIS

Nei GIS coesistono informazioni di natura diversa: - Carte e mappe

- Immagini - Dati digitali - Dati testuali - Tabelle - GPS

I sistemi GIS consentono l’analisi e l’integrazione di tali dati

DATI

GEOGRAFICI E

ALFANUMERICI

Modelli di rappresentazione

Esistono due modelli principali per descrivere la componente geografica della realtà:

Modello vettoriale

Modello raster

Modelli di rappresentazione

Un modello è un insieme di costrutti per rappresentare aspetti del mondo reale (entità geografiche) e le relazioni che intercorrono tra di essi il più possibile vicino al vero.

Un modello è dunque un’astrazione della realtà. Modelli diversi hanno strutture diverse e rispondono ad esigenze diverse

Modelli di rappresentazione

Le relazioni che intercorrono tra gli oggetti geografici dei modelli sono studiate dalla topologia

Figure diverse per la geometria classica, equivalenti per la topologia, perché deformabili una nell’altra senza rotture e sovrapposizioni. Sono tutte curve chiuse semplici.

“La topologia ( dal greco τόπος, "luogo", e λόγος, "studio") è una branca

della matematica che studia le proprietà geometriche delle figure che non

dipendono dalla nozione di misura, ma sono legate a problemi di

deformazione delle figure stesse”.

Modelli di rappresentazione

- MODELLO VETTORIALE:

Gli oggetti vettoriali sono costituiti da semplici elementi (detti “primitive”) quali: punti, linee ed aree.

Oggetti puntuali (es. alberi, pozzi, ecc.) sono rappresentati da una coppia di coordinate x,y

Elementi lineari (es. strade, fiumi, ecc.) sono rappresentati da una serie di punti, quindi di coordinate x,y Elementi areali (es.

parchi, bacini idrografici, ecc.) sono rappresentati da poligoni, quindi da archi e punti

Modelli di rappresentazione

- MODELLO RASTER:

Le caratteristiche geometriche di un dato oggetto o fenomeno sono rappresentate da una griglia di celle uniformi. Ad ogni cella è associata la sua coppia di coordinate che ne identifica la posizione nello spazio. Ad ogni cella inoltre è associato un valore (in genere numerico) che misura un attributo geografico.

Modelli di rappresentazione

- 4 tipologie di RASTER:

1) Fisico: il valore in ogni cella esprime la misura di una grandezza continua. Es. elevazione del terreno, pendenza, temperatura.

Il valore può riferirsi a: valore misurato al centro della cella; valore medio della cella; valore estremo nella cella (min o max).

Modelli di rappresentazione

- 4 tipologie di RASTER:

2) Classificato: i valori nelle celle sono

numeri interi a cui è associata una tabella

come per gli shapefile. Ottenuto in genere

da un raster fisico come risultato di una

riclassificazione.

Modelli di rappresentazione

- 4 tipologie di RASTER:

3) Immagine: ad ogni cella del raster è associato un numero, che esprime la quantità di energia elettromagnetica riflessa o emessa dalla superficie terrestre o rilevata come impulsi di ritorno da fonti artificiali: radar e sensori laser. L’unità spaziale elementare (cella del raster) è chiamata pixel (picture element)

Modelli di rappresentazione

- 4 tipologie di RASTER:

4) Cartografico: generato dalla scannerizzazione di cartografie. Ad ogni cella del raster è associato un valore binario (0,1), in funzione della presenza o meno del tratto grafico.

Non si tratta del valore di un attributo geografico o di una classe di appartenenza

Modelli a confronto

RASTER VETTORIALE

Modelli a confronto

RASTER

VETTORIALE

Modelli a confronto

Nei GIS dati vettoriali e raster coesistono e sono integrati. In genere il modello vettoriale è applicato ai dati discreti, quello raster invece per i dati continui.

Tipologie di dati

- DISCRETO

Il valore ha una distribuzione discontinua, si tratta di elementi

reali che hanno limiti distinti. Es.: edifici,

fiumi, i confini regionali, strade ecc.

Tipologie di dati

- CONTINUO

I valori hanno distribuzione continua, sono in funzione della posizione e si possono misurare in ogni punto

Modelli a confronto

- LA RISOLUZIONE

I dati vettoriali possono subire modifiche, infatti una figura vettoriale si può ingrandire, rimpicciolire, ma manterrà sempre inalterate: definizione e qualità.

Si parla di modello “scalabile”, perché indipendente dalla risoluzione

La risoluzione dei dati raster dipende dalla numero di celle (pixel) nell’unità di misura, che in genere è il pollice (2,54 cm).

Modelli a confronto

Si può passare da un modello all’altro e quindi si possono convertire dati vettoriali in raster e dati raster in vettoriale.

Modello vettoriale

Modello raster

Modelli a confronto

Modello vettoriale

Modello raster VS

vantaggi

svantaggi

-Serve meno

memoria di massa

rispetto ai raster

- Output grafico più

apprezzato

- Alcune analisi sono

più laboriose a causa

di una struttura dati

più complessa

- Serve molta memoria di massa

- la rappresentazione delle

relazioni topologiche ed alcune

procedure (trasformazioni

proiettive) sono più complesse

- Struttura dei dati

più semplice e

semplici procedure

di analisi spaziale

I formati dei dati

A diverse tipologie di dati corrispondono diversi formati:

- Formato Shapefile - Formato Grid - Formato TIN - Altri formati

I formati dei dati

Formato vettoriale che contiene la geometria e gli attributi di un elemento spaziale (punto, linea, poligono). Lo shapefile comprende 3 file con stesso nome, ma con estensioni diverse:

- FORMATO SHAPEFILE

1) File contenente la geometria – estensione shp

2) File per la gestione degli attributi (database) – estensione dbf

3) File contenente l’indice delle geometrie – estensione shx

I formati dei dati

file opzionali:

4) File contenente la legenda – estensione avl

5) File contenenti indici spaziali – estensione sbn e sbx

6) File contenente indici sugli attributi – estensione aih e ain

7) File contenente i metadati – estensione shx

8) File contenente l’informazione sul sistema di coordinate – estensione prj

- FORMATO SHAPEFILE

I formati dei dati

9) Layer file deriva dalla possibile personalizzazione dello shapefile che viene memorizzata in questo file con estensione lyr, che, salvato individualmente, può essere richiamato per altre mappe.

- FORMATO SHAPEFILE

I layers possono costituire anche gruppi (Group layer) con

specifici parametri e proprietà, richiamabili secondo le esigenze.

I formati dei dati

- FORMATO GRID (Esri GRID)

Particolare formato raster della Esri.

Un grid è una matrice di colonne e righe che genera quadrati uniformi detti “celle”. Ad ogni cella è associato un valore numerico, misura di un attributo geografico.

Si tratta di un set di file relazionati tra loro.

I formati dei dati

- FORMATO ASCII grid

Unico file con l’estensione della griglia, i parametri di georeferenziazione in un sistema di riferimento e i valori di ogni singola cella.

Formato raster non proprietario che consente di importare ed esportare grid data in altri prodotti.

I formati dei dati

- FORMATO TIN

Nel formato TIN lo spazio viene considerato come un insieme di triangoli non sovrapposti e con dimensione variabile.

Utilizzato nella rappresentazione della superficie topografica. Risultato migliore rispetto al GRID. Può essere creato a partire da insiemi di punti ed archi. La struttura Tin infatti è composta da vertici con coordinate x, y, z e da archi che connettono tali punti formando triangoli

I formati dei dati

- GeoTIFF: rispetto al TIFF ha anche la componente geografica

- ALTRI FORMATI

- TIFF: (=“Tagged Image File Format”) formato immagine molto diffuso

per la sua qualità. Estensione: tiff o .tif

- IMG: file immagine utilizzato da ERDAS IMAGE per memorizzare i raster

- JPG: formato immagine compresso a perdita di informazioni (qualità)

- bitmap: formato immagine non compresso con estensione .bmp sviluppato da Microsoft

Mappe e concetti spaziali

Astrazione soggettiva delle caratteristiche del mondo reale, dove viene riportata la distribuzione degli oggetti che lo compongono, fornendo implicitamente anche le relazioni spaziali che intercorrono tra essi.

Relazioni spaziali degli elementi di una mappa

Connettività

Adiacenza

Intersezione

Posizione relativa

Differenza di quota

Contenimento

A B

A B

A

B

B

A

A

B

A B C

La scala di una mappa

La scala: rapporto tra una lunghezza misurata sulla carta e la corrispondente lunghezza sulla superficie terrestre.

1:N

N piccolo (<150 000) scala grande N grande (>150 000) scala piccola

Scala grafica

La scala in un GIS

• GIS è un sistema multiscala

• tenere sempre presente la scala dei dataset che si importano in un Sistema Informativo Geografico, soprattutto quando si studiano le relazioni tra i differenti layers

• quando si costruisce una mappa ex novo stabilire la scala a cui si vuole operare

Classificazione delle carte geografiche

Le carte geografiche possono essere classificate secondo 3 criteri:

- la scala

- il contenuto

- il metodo di costruzione

Classificazione delle carte geografiche

- Secondo la scala si distinguono:

PIANTE E MAPPE

Scala maggiore di 1: 10.000

Carte molto dettagliate.

Piante in genere

rappresentano la planimetria

dei centri urbani. Le mappe

invece per le aree rurali e

naturali.

Classificazione delle carte geografiche

- Secondo la scala si distinguono:

CARTE TOPOGRAFICHE

Scala 1: 10.000 –

1: 150 000

Carte dettagliate sia per

gli elementi naturali che

antropici.

Classificazione delle carte geografiche

- Secondo la scala si distinguono:

CARTE

COROGRAFICHE

Scala 1: 150.000 –

1: 1000 000

Rappresentano

porzioni abbastanza

estese della superficie

terrestre e con discreti

particolari (es. le vie di

comunicazione). Es.

carte regionali.

Classificazione delle carte geografiche

- Secondo la scala si distinguono:

CARTE GEOGRAFICHE

Scala minore di

1: 1000 000

Rappresentano porzioni

molto estese della

superficie terrestre: uno

o più Stati, un intero

continente o l’intera

superficie terrestre

(mappamondi e

planisferi)

Classificazione delle carte geografiche

- Secondo il contenuto si distinguono:

CARTE GENERALI

Rappresentano i soli

elementi naturali

(carte fisiche) o gli

elementi antropici

(carte politiche),

oppure entrambi

contemporaneamente

(carte fisico-

politiche)

Classificazione delle carte geografiche

- Secondo il contenuto si distinguono:

CARTE SPECIALI

Costruite per uno

scopo ben preciso.

Es.: carte nautiche ,

carte aeronautiche,

carte turistiche , ecc.

Classificazione delle carte geografiche

- Secondo il contenuto si distinguono:

CARTE TEMATICHE

Riguardano particolari

aspetti: biologici, fisici,

antropici, ecc.

Es.: carte della

vegetazione,

climatiche,

etnologiche,

economiche ecc.

Classificazione delle carte geografiche

- Secondo il metodo di costruzione si distinguono:

CARTE RILEVATE

Costruite a partire da

misure dirette sul

terreno o da fotografia

aerea

CARTE DERIVATE

Ottenute dalle rilevate,

attraverso riduzioni e

semplificazioni

Classificazione delle carte geografiche

Negli ultimi decenni grande impulso

hanno avuto le fotografie di ampie

porzioni di superficie terrestre,

scattate da aerei appositamente

equipaggiati o da satelliti.

Tali aerofotografie ed

immagini satellitari non

possono però essere

considerate “carte

geografiche” vere e

proprie, perché mancanti

dell’opportuno simbolismo.

Ma trovano grande

impiego nella

realizzazione di carte

geografiche (carte

rilevate).

Classificazione delle carte geografiche

ORTOFOTO

Fotografia aerea che è stata corretta geometricamente e georeferenziata (ortorettificata) in modo da rendere uniforme la scala della foto. Per questo motivo si può assimilare ad una mappa.

Classificazione delle carte geografiche

Nella cartografia storica ci sono molti esempi di mappe con assenza di criteri geometrici unitari, quindi non possono essere georeferenziate ed inserite in un sistema GIS. Nonostante ciò continuano ad essere spesso fonte di interessanti informazioni.

Classificazione delle carte geografiche

“ATLANTE” È una raccolta sistematica di carte a piccola scala di regioni e continenti. Sono comprese numerose carte tematiche e speciali. “Atlante” termine, con richiamo mitologico usato dal famoso geografo Mercatore per la sua raccolta di carte.

Bib

liog

rafia

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