1. Introduzione ai Sistemi Informativi Geografici · Definizioni Definizioni –– ogni cosa ha il...

Dott. Andrea AzziniReferente settore Sistema Informativo Territoriale

Centro Studi sul Territorio “Lelio Pagani” Università degli Studi di Bergamo

E-mail: [email protected]: 035 205 2449

Dott. Filippo Carlo PavesiColl. Centro Studi sul Territorio “Lelio Pagani”

Università degli Studi di BergamoUniversità degli Studi di BergamoE-mail: [email protected]

1. Introduzione ai 1. Introduzione ai Sistemi Informativi GeograficiSistemi Informativi Geografici

Prima di incominciare la regola del “paradosso”

Vuoi apprendere Vuoi apprendere l’uso di un GIS? l’uso di un GIS?

Spegni il computer!Spegni il computer!

La dimensione “progettuale” prevale sulla conoscenza delle “funzioni” di un software

l’uso di un GIS? l’uso di un GIS?

Spegni il computer!Spegni il computer!

Definizioni Definizioni –– ogni cosa ha il suo nome…ogni cosa ha il suo nome…

“il GIS è composto da una serie di strumenti software per acquisire, archiviare, estrarre, elaborare e visualizzare dati spaziali del mondo reale” (Burrough, 1986)

GIS ≠ SITGIS: Sistema Informativo Geografico

visualizzare dati spaziali del mondo reale” (Burrough, 1986)

SIT: Sistema Informativo TerritorialeIl SIT è un complesso di uomini, strumenti e procedure (spesso informali) che permettono l'acquisizione e la distribuzione dei dati nell'ambito dell'organizzazione e che li rendono disponibili, validandoli, nel momento in cui sono richiesti a chi ne ha la necessità per svolgere una qualsivoglia attività" (Mogorovich, 1988)

Struttura di un GIS Struttura di un GIS –– l’integrazione di sistemi informaticil’integrazione di sistemi informatici

I GIS nascono dall’integrazione di sistemi informatici:

•Sistemi di gestione delle banche dati alfanumeriche (DBMS)

•Sistemi di elaborazione di informazioni grafiche (CAD)

•Sistemi di processamento di immagini raster (image processing)

•Sistemi di analisi statistica (statistical software)

Cartografia e informazione territoriale Cartografia e informazione territoriale -- un caso “esemplare”un caso “esemplare”

John Snow e l’epidemia di colera a Soho nel 1854Studio della correlazione spaziale di fenomeni che agiscono sul territorio

A Londra nel 1854 è in corso una epidemia di colera che provoca molti decessi.

Ma qual è la causa?

Io Dott. Snow produce delle mappe con la localizzazione dei casi di decesso nei diversi periodi. Grazie a questo metodo ipotizza la diffusione dell’epidemia a causa di una pompa pubblica di distribuzione dell'acqua nel distretto di Soho.

Le informazioni geografiche (luoghi sulla superficie terrestre) svolgono un ruolo importante nel processo decisionale

I GIS sono software che integrano le operazioni tipiche su database (interrogazione, analisi…) con le analisi di tipo geografico, ovvero uniscono informazione alfanumerica con informazione spaziale (geoinformazioni)

GIS, non solo cartografie…GIS, non solo cartografie…

Rapporto tra GIS e cartografia

GIS ≠ MAPPALa mappa cartografica è uno dei prodotti (output) del GIS

I GIS e le Carte lavorano su fenomeni spazialmente referenziati ma con finalità differenti

Rapporto tra GIS e cartografia

Da cosa è composto un Sistema Informativo GeograficoDa cosa è composto un Sistema Informativo Geografico

�Strumenti software (software gis, reti, archivi…)

�Apparati hardware (computer, stampanti/plotter, gps…)

�Dati (spaziali, immagini…)�Dati (spaziali, immagini…)

�Metodi (procedure di analisi spaziale…)

�Risorse umane (analisti, fruitori…)

�Strumenti software

I software GIS si possono dividere in due famiglie: commerciali (ESRI ArcGIS, MapInfo…) e “freeware” (Grass, Qgis…)


�Apparati hardware

Con hardware si intende il computer sul quale opera il software GIS inclusi stampanti, plotter, scanners, tavoli grafici (digitizers), monitors, reti

Le postazioni hardware assumono svariate configurazioni, da server centralizzati a workstation isolate


�Dati

Sono la componente fondamentale di un sistema informativo territoriale

I dati geografici digitali (vettoriali, raster, tabelle/database) possono essere integrati con altri tipi di risorse informative (mixed-data system): dati analogici (utilizzabili tramite digitalizzazione) come tramite digitalizzazione) come cartografie storiche nel formato cartaceo, fotografie…

Sostanzialmente si individuano due tipologie di dati:

Dati spaziali (geometrici, topologici)

Dati non spaziali (tematici, attributi)


�Metodi (procedure applicative)

�Acquisizione dati

�Restituzione dei dati

�Aggiornamento dei dati

�Elaborazioni dei dati

�Modelli di simulazione

�Modelli di rappresentazione

�Risorse umane (analisti…)

Come lavora un Sistema Informativo GeograficoCome lavora un Sistema Informativo Geografico

Esistono differenti livelli di complessità di un GIS:

Livello 1 GIS come archivio di dati che operano su

Un GIS localizza nello spazio gli oggetti (entità che definiscono i fenomeni del mondo reale) collegandoli a degli attributi alfanumerici (collocati in una tabella – database relazionale) e gestendoli come STRATI INFORMATIVI TEMATICI (layer) che ne identificano le relazioni spaziali

Livello 1 GIS come archivio di dati che operano su unico layer con analisi e interrogazioni di tipo semplice

Livello 2 GIS organizzato su più layer con operazioni analitiche più complesse (analisi statistica e spaziale)

Livello 3 GIS che opera con tecniche di modellizzazione dati più sofisticate, come sistema di supporto alle decisioni (“Cosa succede se …?”)

Come lavora un Sistema Informativo GeograficoCome lavora un Sistema Informativo Geografico

Differenze rispetto al CAD (computer-graphic)

Introduzione a ESRI ArcGISIntroduzione a ESRI ArcGIS

ArcGIS è la suite di prodotti software commerciali di ESRI per la creazione di un sistema GIS

Software sviluppato da ESRI (Environmental Systems Research Institute) azienda americana di Redland in California

Attualmente ESRI è l’azienda che si occupa di software GIS che ricopre una posizione dominante sul mercato (circa il 36% del mercato del software GIS mondiale)

http://www.esri.com/

http://www.esri.com/software/arcgis/arcview/eval/evaluate.html

Il Software GIS Desktop è disponibile in versione free solo per un periodo massimo di 60 giorni di prova


La suite ArcGIS è strutturata su 4 "livelli" fra loro pienamente interoperabili:

Desktop GIS: — I prodotti ArcGIS di tipo “Desktop” sono gli strumenti principali per la creazione, la modifica e l’analisi dell’informazione geografica.

Server GIS: — I prodotti ArcGIS di tipo “Server” permettono di centralizzare sui server aziendali le funzionalità GIS affinchè le stesse, “Server” permettono di centralizzare sui server aziendali le funzionalità GIS affinchè le stesse, attraverso la rete aziendale o tramite internet, risultino accessibili ad un vasto numero di utenti.

Mobile GIS : — ArcGIS Mobile, ArcPad e le funzioni mobile incluse nei prodotti Desktop, consentono l’utilizzo della tecnologia GIS anche “sul campo”.

Online GIS: — I servizi ArcGIS Online consentono un rapido accesso ad una notevole collezione di mappe e dati cartografici.


ArcGIS DesktopArcGIS Desktop

ArcGIS Desktop è una suite di prodotti software scalabili che comprende ArcReader, ArcView, ArcEditor e ArcInfo

�ArcInfo: GIS desktop completo e professionale che contiene tutte le funzionalità di un GIS, compresi sofisticati strumenti per il geoprocessing

�Arceditor: con potenzialità avanzate di editing e di �Arceditor: con potenzialità avanzate di editing e di creazione dei dati

�Arcview: GIS desktop con funzionalità base, ma che consente un completo utilizzo dei dati a partire dalla creazione delle mappe fino all’analisi

�Arcreader: in maniera gergale può essere definito come un “pdf cartografico”, l’utente può solo visualizzare mappe già pronte senza portare modifiche



Benché commercializzati separatamente, le tre licenze ArcView, ArcEditor e ArcInfo condividono la stessa architettura, la stessa interfaccia utente e lo stesso ambiente di sviluppo

E’ possibile aggiungere ulteriori funzionalità attraverso una serie di estensioni di ArcGIS Desktop (19 estensioni di analisi avanzata). Si possono anche sviluppare estensioni e strumenti personalizzati per ArcGIS Desktop con gli ArcObjects, la libreria dei componenti software di ArcGIS, usando le interfacce standard di programmazione Windows, come Visual Basic, .NET e Visual C++.


Cambiano le funzionalità!


http://www.esri.com/library/brochures/pdfs/arcgis10-functionality-matrix.pdf


ArcView Single Use $1,500.00

ArcView Concurrent Use $3,500.00


E cambiano i prezzi!


ArcGIS ≠ ArcView ≠ ArcMap ArcGIS Desktop ArcGIS Desktop -- ArcViewArcView

�ArcMap: permette di vedere, editare e analizzare dati geografici. È l’interfaccia principale di ArcView

Struttura di ArcView

�ArcMap: permette di vedere, editare e analizzare dati geografici. È l’interfaccia principale di ArcView

�ArcCatalog: permette la navigazione nel GIS datasets. Permette di visualizzare la struttura dei file, organizzarli, distribuirli, documentarli…

�ArcToolbox: contiene strumenti per il geoprocessing (tutti i tool disponibili secondo la licenza attiva)

�ArcScene: visualizzatore dei dati in 3D

�ArcCatalog: permette la navigazione nel GIS datasets. Permette di visualizzare la struttura dei file, organizzarli, distribuirli, documentarli…

�ArcToolbox: contiene strumenti per il geoprocessing (tutti i tool disponibili secondo la licenza attiva)

�ArcScene: visualizzatore dei dati in 3D

INTRODUZIONE AI MODELLI, INTRODUZIONE AI MODELLI, STRUTTURE E FORMATI STRUTTURE E FORMATI DIDI

DATI SPAZIALIDATI SPAZIALI

Dati cartografici in formato digitaleDati cartografici in formato digitale

STRUTTURE E FORMATI STRUTTURE E FORMATI DIDIDATI SPAZIALIDATI SPAZIALI

1) Base di dati e modelli di DBMS(componente alfanumerica-tabellare dei dati spaziali)

2) Strutture dei dati (vector/raster)(componente geometrica dei dati spaziali)

3) Formati di codifica dei dati spaziali(geodatabase, shp, cad…)

Dati cartografici in formato Dati cartografici in formato digitaledigitale

(componente semantica)(componente semantica)

Base di Dati Base di Dati e modelli di DBMS e modelli di DBMS

Un DATABASE (base di dati) è una collezione persistente nel tempo di dati (non-ridondanti) correlati e organizzati (in tabelle) in modo da poter essere facilmente

reperiti, gestiti e modificati

con DATO si intende un’informazione codificata in modo da poter essere elaborata e/o trasmessa; l’informazione ha un significato per chi la riceve finalizzato in un dato

contesto

Base di Dati e Sistemi di GestioneBase di Dati e Sistemi di Gestione

contesto

Un database geografico (geodatabase) di un GIS è definibile come un archivio di entità territoriali e delle loro relazioni, strutturato in files gestiti da un sistema

(software) Data Base Management System (DBMS) (Sistema di gestione della basi di dati), che può essere schematizzato come:

DATABASE + SOFTWARE

Il DBMS si occupa dell'aggiornamento (immissione/cancellazione di dati), della manutenzione (modifica di dati già introdotti) e della consultazione (ricerca, rapporti)

dei dati memorizzati nell’archivio

L'utilizzo di un database presenta differenti vantaggi:

permette un "uso amichevole" delle procedure di gestione: la gestione avviene con comandi e menu facilmente intelligibili all'utente, restando nascosti tutti i dettagli fisici del programma;

evita la programmazione per compiti comuni: il programma incorpora una serie di funzioni che consentono di svolgere operazioni senza la necessità di un linguaggio di

Perché utilizzare un DatabasePerché utilizzare un Databasegestito da un DBMSgestito da un DBMS

funzioni che consentono di svolgere operazioni senza la necessità di un linguaggio di programmazione;

un database permette di relazionare dati tra loro, ciò che riduce di molto le duplicazioni (rindondanza dei dati);

riduce i costi: i database sono prodotti standard, per questo risultano più economici di applicazioni su misura (per le operazioni fondamentali, vi possono essere software DBMS costosi);

garantisce un certo livello di sicurezza, soprattutto in ambienti multiutente (mantenimento dell’integrità e della qualità dei dati).

Esistono differenti MODELLI che ci guidano nell’organizzazione dei dati (all’interno dei file/tabelle) che costituiscono il Database:

modello gerarchico

Il MODELLO DEI DATI serve a definire come è fatta la banca dati in funzione degli obiettivi da raggiungere

Introduzione ai modelli di Database Introduzione ai modelli di Database (geografico)(geografico)

modello gerarchicomodello reticolare

modello relazionale (modello orientato ad oggetti)

Una grande e articolata mole di dati non può essere semplicemente archiviata in un unico file (o in un’unica tabella) – modello “flat file”

E’ necessario suddividere i dati in più file o tabelle, secondo un’organizzazione (modello) che il DBMS sia in grado di riconoscere e gestire

Network DBMS Hierarchical DBMS

File Systems

nei GIS il modello più usato è quello relazionale (orientato ad oggetti)

Evoluzione dei modelli di DatabaseEvoluzione dei modelli di Database

Object-Oriented Systems (OODBMS)

Object -Relational ORDBMS

Relational DBMS

DATABASE GERARCHICI (“AD ALBERO”)i dati sono organizzati in insiemi legati fra loro da relazioni di "possesso", in cui un insieme di dati può possedere altri insiemi di dati, ma un insieme può appartenere solo ad un altro insieme. La struttura risultante è un albero di insiemi di dati. Elementi subordinati a cascata, impossibilità di legami orizzontali

Introduzione ai modelli di DatabaseIntroduzione ai modelli di Database

Esempio di struttura gerarchica

DATABASE RETICOLARI (“NETWORK”)il modello reticolare è simile a quello gerarchico, nasce come estensione di quest'ultimo. Anche in questo modello insiemi di dati sono legati da relazioni di possesso, ma ogni insieme di dati può appartenere a uno o più insiemi. La struttura risultante è una rete di insiemi di dati. Possibilità di relazioni orizzontali. Eccessive relazioni


Esempio di struttura reticolare

DATABASE RELAZIONALIsi basano sul modello relazionale la cui struttura principale è la relazione, cioè una tabella bidimensionale composta da righe e colonne. Ciascun record (riga) rappresenta un'entità che noi vogliamo memorizzare nel database. Le caratteristiche di ciascuna entità sono definite invece dalle colonne (campi) delle relazioni, che vengono chiamate attributi. Entità con caratteristiche comuni, cioè descritti dallo stesso insieme di attributi, faranno parte della stessa relazione


Esempio di struttura relazionale

DATABASE AD OGGETTI (“SEMANTICO”)

BASE DI DATI ORIENTATA AD OGETTI: OODBMS

le loro caratteristiche di estendibilità, derivanti dalla possibilità di definire nuovi tipi di dati e comportamenti (che vengono inglobati nell’oggetto stesso),li rendono particolarmente appetibili per tutte quelle applicazioni che richiedono dati complessi, come ad esempio immagini, suoni o coordinate.


come ad esempio immagini, suoni o coordinate.

Un oggetto è un elemento o concetto del mondo reale che può essere identificato in modo univoco: un prodotto, una casa…

Ogni oggetto è costituito dall’insieme dei suoi dati caratteristici (attributi) e dei suoi comportamenti (metodi, procedure)

Tutti gli oggetti che condividono le stesse proprietà (attributi) e gli stessi comportamenti (metodi) possono essere raccolti in classiI metodi è il formato dei dati sono comuni per tutti gli oggetti (istanze) della classe, mentre il contenuto può differire per ogni oggetto (nuove istanze uguali ma dotate di una propria individualità)


DATABASE AD OGGETTI (“SEMANTICO”)

BASE DI DATI ORIENTATA AD OGETTI: OODBMS

Rappresentazione di “oggetti topografici” secondo un modello orientato ad oggetti

Immagini tratta da Federica Migliaccio “Sistemi informativi geografici e cartografia”

Di recente, da parte dei produttori di DBMS, c’è sempre più la necessità di realizzare un vero “matrimonio” fra la struttura del modello relazionale con

quello ad oggetti:

il DBMS si presenti esternamente come unDBMS relazionale orientato ad oggetti (OR-DBMS)


ESRI ArcGIS sviluppa il modellorelazionale orientato ad oggetti (OR-DBMS)

DBMS relazione orientato ad oggetti (OR-DBMS)


Esempio di modello di base di dati ibrida: sono presenti oggetti e classi di oggetti georeferenziati secondo le regole dei modelli ad oggetti; inoltre sono evidenti le relazioni presenti fra alcuni degli oggetti tipiche del modello relazionale


Struttura fisica dei dati nei Database geografici (3 generazioni)

1° generazione (elementi grafici ed attributi separati)

2° generazione (elementi grafici ed attributi contenuti in tabelle)

3° generazione (dato geografico diventa ‘oggetto’)

Identificatore unico

Ibrido Coordinate e Tabelle degli attributi


Ibrido I Generazione

IntegratoII Generazione

A oggettiIII generazione

(Elementi) – join relazionale– (Attributi)

Database relazionale

Coordinate e Topologia

Tabelle degli attributi- Database relazionale

Elementi – Classi – Attributi

‘oggetti’

Insieme di elementi e regole che ne definiscono le reciproche relazioni(database che permette di gestire relazioni tra i dati)

elementi

Modello applicato ai dati geografici

Database relazionaliDatabase relazionali

elementi

Elementi: entità, contengono informazioni

Relazioni: sono le regole (interazioni) che intercorrono tra le entità

La struttura principale è una tabella bidimensionale composta da righe (record) e colonne (campi)

I campi registrano gli attributi(è definito chiave primaria il campo che identifica in modo univoco i record della tabella)

I record registrano le Colonna

Database relazionaliDatabase relazionalistruttura delle tabellestruttura delle tabelle

ID Nome Popolazione

I record registrano le entità(il primo record di una tabella è detta intestazione e contiene il nome dei campi) 1 Adda naturale

2 Serio naturale3 Oglio naturale

4 Roggia Serio artificiale5 Fosso Curna artificiale

Riga (Record, Entità)

Colonna(Campo,Attributo)

intestazione

Chiave primaria

Attraverso un campo in comune (chiave esterna) tra due o più tabelle si crea quella che viene definita RELAZIONE (join)

A1 B1

A2 B1

B1 C1

B2 C2

Foreign Key

Tabella X Tabella Y

Database relazionaliDatabase relazionalirelazioni fra tabellerelazioni fra tabelle

RELAZIONE (join)A3 B2 B3 C3

Join

A1 B1 C1

A2 B1 C1

A3 B2 C2Tabelle X-Y unite tramite Join

La relazione unisce tutti i record corrispondenti

DAL MONDO REALE AL SISTEMA INFORMATIVO

I modelli di dati geografici devono rappresentare le entità presenti nel mondo reale e le relazioni che intercorrono tra di esse (sono un’astrazione della realtà)

Schemi per trasformare i concetti (del mondo reale) in rappresentazioni numeriche dei dati (gestiti da un gis)

Database relazionaliDatabase relazionaliLivelli di progettazioneLivelli di progettazione

numeriche dei dati (gestiti da un gis)

Vi sono tre livelli di astrazione del modello dati:

Modello concettuale

Modello logico

Modello fisico

Dal livello esterno (descrizione in linguaggio naturale delle entità di interesse)al livello interno (descrizione delle strutture dati interne al computer)

MODELLO CONCETTUALEModello più vicino alla realtà, descrive e definisce le entità e le relazioni interessate (oggetti e processi relativi a un particolare problema)

MODELLO LOGICOImplementa le entità e le relazioni del modello concettuale in un sistema tramite diagrammi (modello E/R, sviluppabile da GIS e DBMRS)L’entità è caratterizzata da una chiave primaria: identificatore univoco che non

Database relazionaliDatabase relazionalilivelli di progettazionelivelli di progettazione

L’entità è caratterizzata da una chiave primaria: identificatore univoco che non deve mai cambiareComponenti di base del modello E/R: entità, classi di entità, relazioni, attributi, cardinalità (numero min-max di entità che concorre ad una relazione)

MODELLO FISICODescrive in dettaglio i file, le tabelle, dimensioni e tipo di attributi ecc.. È la descrizione di classi di primitive grafiche qualificate (descrizione degli attributi descrittivi di un singolo layer)non permette di cogliere la logica delle entità e delle relazioni (in sostanza è la scheda monotematica di uno strato informativo)

Database relazionaliDatabase relazionalimodello logico modello logico -- modello E/Rmodello E/R

Il Modello (diagramma) Entità-Relazioni Relazioni (ERD) è un modello grafico che descrive le relazioni che esistono tra i dati memorizzati in un sistema

ENTITA’ (record)Fenomeno (oggetto) del mondo reale che ha una sua identità complessiva e non può essere suddiviso in parti ad esso uguali (es. una casa non può essere suddivisa in più case, ma è suddivisa in più locali); l’insieme delle diverse entità coinvolte nel modello case, ma è suddivisa in più locali); l’insieme delle diverse entità coinvolte nel modello concettuale rappresenta tutti i fenomeni che devono essere descritti nella base di dati da progettare

CLASSE DI ENTITA’ (tabelle)categoria che comprende entità che presentano somiglianze fra di loro (es. tutte le case che hanno tre locali)

RELAZIONE FRA ENTITA’ (O CLASSI DI ENTITA’)legame concettuale (connessione) fra due o più entità, di cui interessa tenerememoria; per ogni relazione viene indicato il numero minimo e massimo di entità coinvolte (cardinalità della relazione)(es. tra case e particella catastale esiste una relazione proprietario)

Database relazionaliDatabase relazionalimodello logico modello logico -- modello E/Rmodello E/R

ATTRIBUTI (campi)caratteristiche proprie e descrittive che accomunano tutte le entità di un insieme; ogni attributo ha un range di possibili valori caratteristici (es. proprietario della casa, indirizzo…)

Database relazionaliDatabase relazionalimodello E/R modello E/R –– simbologia strutturalesimbologia strutturale

CLASSE RELAZIONEATTRIBUTO

denominazione denominazioneEsemplificazione grafica

La classe “corsi d’acqua”, che contiene una lista di corsi d’acqua definiti dagli attributi “denominazione e stato”, costituisce una relazione 1 a N con la classe “Comuni” Viceversa, la classe “Comuni” costituiscono una relazione 0 a N con la classe dei “corsi d’acqua”

corsi d’acqua

naturaleartificiale

Comunicorsi d’acqua nei Comuni1 N N 0

RELAZIONE 1 a 1Corrispondenza univoca in entrambi i versi: ad ogni record di una tabella A corrisponde uno e un solo record della tabella B, e viceversa

RELAZIONE 1 a N

Database relazionaliDatabase relazionalimodello E/R modello E/R –– cardinalitàcardinalità

Le relazioni (collegamento logico tra tabelle)

RELAZIONE 1 a NCorrispondenza univoca in un solo verso: ad ogni record di una tabella A corrisponde uno e un solo record della tabella B, ma diversi record della tabella A possono corrispondere ad un record della tabella B

RELAZIONE N a MCorrispondenza non univoca in entrambi i versi: ad ogni record di una tabella A possono corrispondere uno o più record di una tabella B, e viceversa

Tabella di destinazione Tabella di origine Tabella di destinazioneTabella di origine

Database relazionaliDatabase relazionalicardinalità cardinalità –– tipi di relazionitipi di relazioni

Relazione 1 a 1Relazione Molti a 1

Relazione 1 a Molti

Tabella di destinazione Tabella di origine

Relazione Molti a Molti

Tabella di destinazione Tabella di origine

Una query è uno strumento che consente di effettuare interrogazioni sui contenuti delle tabelle e anche di eseguire specifiche azioni sui dati

E’ un linguaggio utilizzato per interagire con i database relazionali

Database relazionaliDatabase relazionaliQueryQuery

SQL = Structured Query Language

E’ un linguaggio utilizzato per interagire con i database relazionali

È universalmente accettato dai produttori di sistemi per database (Microsoft Access, Microsoft SQL server, Oracle, IBM DB2 ecc…)

Può essere inglobato in linguaggi di programmazione tradizionali come C, C++, Java

È in grado di effettuare le diverse operazioni per l’interazione con un database: interrogazione, inserimento di nuovi dati, modifica di dati esistenti, eliminazione di dati esistenti

Le interrogazioni SQL hanno una struttura clausola select - clausola from - clausola where

Database relazionaliDatabase relazionaliQueryQuery

I DBMS permettono di formulare le query attraverso una interfaccia grafica (GUI) che ne facilita l’utilizzo

Il risultato di una query è sempre una tabella di dimensioni minori o al massimo uguali a quella di origine, che contiene i record che soddisfano le condizioni definite nella selezione

SELECT * FROM <Layer_name> WHERE <Field_name> <Operator> <Value or String> <Field_name> <Operator> <Value or String> <Connector> <Field_name> <Operator> <Value or String> ...


(componente geometrica)(componente geometrica)

Strutture dei dati spaziali: Strutture dei dati spaziali: formato formato VectorVectorformato formato RasterRaster

Cartografia tradizionaledisegno che contiene in forma implicita le coordinate dei punti che costituiscono l’oggetto da rappresentare (rappresentazione grafica di planimetria e altimetria su supporto cartaceo)

Cartografia numericainsieme di coordinate che contiene in forma implicita la rappresentazione sotto forma di disegno

Archiviazione dell’informazione geografica su Archiviazione dell’informazione geografica su pcpc

forma di disegno

i dati cartografici in formato digitale contenuti in un database geografico consentono di mettere in relazione tra loro oggetti e fenomeni (elementi geografici) offrendo dei vantaggi rispetto alla cartografia cartacea tradizionale

Oggetti: entità fisiche / giuridiche discrete (hanno un limite individuabile)

Fenomeni: eventi che si manifestano in modo continuo (non hanno limiti individuabili)

Gli elementi geografici, per essere archiviati e gestiti come base di dati, devono essere definiti attraverso un modello spaziale

un database geografico è essenzialmente codificato attraverso due strutture di dati digitali:

�Struttura (vettoriale) vector (punti, linee, poligoni)

Archiviazione dell’informazione geografica su Archiviazione dell’informazione geografica su pcpc

�Struttura (vettoriale) vector (punti, linee, poligoni)Utilizzati solitamente per rappresentare oggetti discreti

�Struttura (griglia) raster (insieme strutturato di celle uniformi)Utilizzati solitamente per rappresentare fenomeni continui

È comunque possibile (a volte necessario) utilizzare entrambi i modelli per rappresentare i medesimi oggetti/fenomeni

Nella struttura vettoriale gli oggetti geografici sono descritti da primitive grafiche(unità spaziali) come punti, linee e poligoni

La memorizzazione dell’informazione spaziale è data dalle coordinate dei punti significativi che costituiscono gli oggetti geometrici

Archiviazione dell’informazione geografica su pcArchiviazione dell’informazione geografica su pcFORMATO VETTORIALEFORMATO VETTORIALE

X₁ Y₁ = puntoX₁ Y₁ = punto

X₁ Y₁; X₂ Y₂; Xn Yn = linea

X₁ Y₁; X₂ Y₂; Xn Yn; X₁ Y₁ = poligono

I punti non hanno dimensione ma solo posizione nello spazio

Le linee sono definite da punti connessi da segmenti (hanno posizione nello spazio e lunghezza)


adimensionali

monodimensionalilunghezza)Nodo: punto iniziale e finaleVertice: punte intermedioArco: linea che congiunge due nodi

I poligoni sono linee chiuse su se stesse, il punto di partenza e di fine è lo stesso nodo (hanno posizione nello spazio, lunghezza e area)Centroide: baricentro del poligono

monodimensionali

bidimensionali


Archiviazione dei dati puntuali:

Archiviazione dei dati lineari:

1

2

3

Archiviazione dei dati poligonali:

12

21

Archiviazione dell’informazione geografica su pcArchiviazione dell’informazione geografica su pcFORMATO RASTERFORMATO RASTER

Nella struttura raster gli oggetti geografici sono descritti da una griglia (grigliato) regolare (grid) di celle (pixels) che rappresentano le unità spaziali minime

estensione della griglia

risoluzione

cella (pixel)

2 valore della cella

colonne

righ

e


Le dimensioni della griglia sono definite dal numero delle celle (righe X colonne)

La risoluzione della griglia è definita dalle dimensioni della cella

La memorizzazione dell’informazione spaziale avviene tramite la definizione delle coordinate X, Y della cella di origine e la dimensione della cellacoordinate X, Y della cella di origine e la dimensione della cella

Rappresentazione

di punti


Rappresentazione

di linee

Rappresentazione

di poligoni


Schema di assegnazione dei valori di cella:

•Media dei valori ricadenti all’interno

•Totale dei valori•Totale dei valori

•Valore dominante

•Valore più vicino al centro della cella


RISOLUZIONE GEOMETRICA

La risoluzione geometrica di un raster è definita dal numero di pixel per unità di lunghezza (pixel/mm o dpi – dots per inch)

Maggiore è la risoluzione e maggiore sarà la memoria necessaria per archiviare il file



RISOLUZIONE RADIOMETRICA

La risoluzione radiometrica è la gamma di valori che possono caratterizzare ogni pixel (numero di bit o intervallo di valori memorizzabile in ogni pixel)


Trascrizioni RASTER da CARTOGRAFIA ANALOGICA

Caso in cui i valori contenuti nelle celle corrispondono al colore presente nel documento cartaceo originale

Si possono distinguere diversi tipi di immagine a seconda della quantità di

IMMAGINI FOTOGRAFICHE

I valori contenuti nelle celle corrispondono all’intensità dell’energia elettromagnetica relativa allo spettro visibile riflessa dalla superficie terrestre

Si possono distinguere diversi tipi di immagine a seconda della quantità di


immagine a seconda della quantità di informazione utilizzata per registrare il tono di colore:

1 bit al tratto: b/n (ctr)

8 bit: scala di grigio (256 toni dal bianco al nero)Colore indicizzato (256 colori)

24 bit a colori (RGB, 8 bit per canale): 16,7 milioni di colori

immagine a seconda della quantità di informazione utilizzata per registrare il tono di colore:

8 bit: scala di grigio (256 toni dal bianco al nero)

24 bit a colori (RGB, 8 bit per canale): 16,7 milioni di colori

Sostanzialmente esistono due tipologie di dati raster:

IMMAGINI – FORMATO GRAFICO (Jpg; Tiff ecc…)• Foto aeree• Foto satellitari• Immagini acquisite tramite scanner


• Immagini acquisite tramite scanner

TEMATICI – FORMATO GRID (Grid ArcInfo)• Rappresentazioni di “fenomeni” che variano in continuo nello spazio

RASTER IMMAGINI

Nelle immagini il pixel rappresenta, generalmente, il valore del modello di colore Red, Green, Blue - RGB (riflettanza)


Valore di riflettanzaO-255

Valore di riflettanzaRGB


RASTER GRID

I raster grid sono concettualmente differenti dalle immagini; sono idonei alla rappresentazione di fenomeni che variano gradualmente nello spazio.Le celle hanno valori numerici archiviati in una tabella (VAT)

Valore integer4-14

Archiviazione dell’informazione geografica su pcArchiviazione dell’informazione geografica su pcCONFRONTO TRA I DUE MODELLICONFRONTO TRA I DUE MODELLI

“raster is faster but vector is corrector” Joseph Berry

MODELLO VETTORIALE

Vantaggi:• La struttura dei dati (volume di dati) è più compatta• Permette misure accurate per aree e distanze• La topologia è più efficiente• Permette varie analisi topologiche e le effettua con facilità • La topologia è più efficiente• Permette varie analisi topologiche e le effettua con facilità • E’ il modello più vicino alla rappresentazione manuale delle carte

Svantaggi:• La struttura dei dati è più complessa da trattare• L’acquisizione dei dati richiede più tempo• Operazioni di Overlay difficili da implementare• Non è possibile rappresentare fenomeni spaziali continui: la rappresentazione della variabilità spaziale è inefficiente• Richiede una complessità di elaborazioni per l’analisi spaziale: non permette di operare con i dati acquisiti da sistemi digitali

Vantaggi:• Il modello di dati è semplice (matrice 2d)• E’ efficiente l’analisi spaziale e le operazioni di overlay sono semplici da effettuare• E’ ideale per fenomeni spaziali continui

MODELLO RASTER



effettuare• E’ ideale per fenomeni spaziali continui• E’ il modello con cui vengono acquisiti e trattati i dati digitali

Svantaggi:• La struttura dei dati è poco compatta. Ridondanza di informazioni nelle aree omogenee, grandi quantità di dati da archiviare• Relazioni topologiche difficili da rappresentare• Accuratezza limitata per i dati spaziali (dipende dalla dimensione del pixel)• L’output grafico può essere non esteticamente accettabile• Strutture lineari distorte



PARAMETRI MODELLO VETTORIALE MODELLO RASTER

Volume di dati Struttura dati più compatta Struttura dati meno compatta

Generalizzazione La generalizzazione è complessa La semplificazione del dato è immediata

Aspetti topologici La struttura topologica è molto efficiente per l’analisi dei dati

Le relazioni topologiche sono difficili da gestire

Accuratezza Accuratezza elevata Accuratezza condizionata dalla discretizzazione del dato

Efficienza di elaborazione La manipolazione del dato può essere complessa

La manipolazione è più semplice e intuitiva

Tecniche di overlay La sovrapposizione di layer è complessa ma accurata

La sovrapposizione di layer è intuitiva ma approssimata

Tecniche di buffering Molto efficienti ed accurate Imprecise, poco usate

Map Algebra Struttura dati non idonea per la Map Algebra

Ideale per lo sviluppo di analisi avanzate tramite operatori e funzioni

Image processing Struttura dati non idonea per la gestione di immagini

L’elaborazione di immagini è propria della struttura dati raster

Modelli digitali di elevazione La creazione di DEM è complessa ma più accurata

La creazione di DEM è più semplice ma approssimata

Visualizzazione Visualizzazione veloce senza richiedere hardware specifico

Visualizzazione lenta che richiede schede grafiche specifiche


Formati di codifica Formati di codifica dei dati spazialidei dati spaziali

Formati dei file usati in ambiente GISFormati dei file usati in ambiente GIS

Formati vettoriali e raster

Noi utilizzeremo formati vettoriali proprietari

ArcGIS lavora con numerosi formati di dati (Data Interoperability –lavora con oltre 100 formati di dati spaziali)

Uno shapefile è un formato di archiviazione non topologico di dati vettoriali che ne registra localizzazione, forma e attributi. È composto da un set di files relazionati contenente una sola collezione omogenea di oggetti (punti, linee, poligoni)

•Formato creato con la prima versione del software ESRI ArcView

•È completamente gestibile con ArcGIS (a ogni livello di licenza)

Formati dei file usati in ambiente GISFormati dei file usati in ambiente GISModello SHAPEFILEModello SHAPEFILE

•È completamente gestibile con ArcGIS (a ogni livello di licenza)

•Non supporta la topologia: non usa la struttura arco-nodo (es. linee connesse senza nodo comune, poligoni adiacenti senza archi comuni)

•Tutti i file devono avere lo stesso prefisso

•“Superato” dal modello GEODATABASE, viene utilizzato prevalentemente per piccole banche dati (limite 2 GB per componente dello shapefile) e per lo scambio/condivisione tra utenti di differenti piattaforme GIS


È costituito da 3 file di base:

<nomefile>.SHP = “main” file, shape con lista di vertici (contiene le informazioni geometriche “feature geometry”)

<nomefile>.DBF = contiene gli attributi (informazione tabellare) nello stesso ordine delle “shapes” nel main (esiste una relazione “one to one” tra le features e gli attributi

<nomefile>.SHX = file indice che mantiene il raccordo tra geometria e informazione tabellare (puntatori “offsets” alle “shapes”)tabellare (puntatori “offsets” alle “shapes”)

Vi sono inoltre dei files ausiliari (accessori), uno dei più importanti è <nomefile>.PRJche contiene il sistema di riferimento e proiezione

Altri file accessori: indici spaziali (.sbn; .sbx; .fbx; .fbn)indici di attributo (.ain; .aih)metadati (.xml)

File contenente le geometrie

File di indici

Identificatore univoco

Tabella del database(*.dbf)


le geometrie(*.shp)

univoco

(*.shx)(*.dbf)

Formati dei file usati in ambiente GISFormati dei file usati in ambiente GISModello GEODATABASEModello GEODATABASE

Il Geodatabase e' una struttura di memorizzazione aperta dedicata alla gestione di dati GIS (geometrie, tabelle ed immagini) all'interno di un DBMS (Database Management System).Il Geodatabase segue il fondamentale modello dati in cui ogni oggetto ed i suoi attributi sono memorizzati in una riga di una tabella. Ogni oggetto rappresenta una entità spaziale o entità del mondo reale che deve essere gestita dal GIS (ad esempio una particella catastale, un edificio, un fiume,un cliente).


Un insieme costituito da "Feature" (oggetti) memorizzate in una tabella di un DBMS e' chiamata "Feature Class". Insiemi di Feature Class collegate tra loro che condividono lo stesso sistema di riferimento spaziale possono essere memorizzate in strutture a livello gerarchico superiore, chiamate "Feature Dataset".Ogni Feature (oggetto) in un Geodatabase contiene l'informazione sulla geometria (Shape) e puo' esistere come una entita' a se stante.La capacita' di memorizzare in modo completo la geometria e' uno dei vantaggi del modello geodatabase, rendendo sempre disponibile la Feature per la visualizzazione o per analisi


Perché usare un File GeodatabasePerché usare un File Geodatabase

Vantaggi di un Geodatabase:

•Gestione e organizzazione dei dati di database filebased

•Compilazione degli attributi più “integra” e facilitata mediante domini e sottotipi

•Campi shape_lenghth e shape_area per il calcolo automatico e dinamico di


•Campi shape_lenghth e shape_area per il calcolo automatico e dinamico di superfici e lunghezze

•Gestione e validazione della topologia

•Importazione e conversione di altri formati (shapefile, coverage, CAD, raster)

•Importa/esporta Geodatabase XML (trasferimento schema/schema+features)

3 tipi di GEODATABASE

Personal Geodatabase (.mdb)Memorizzato su un file Access

Limite di 2 GB

File Geodatabase (.gdb)Memorizzato come cartella su disco

Limite di 1 TB

Riduce lo spazio di storage


relational database management systems (RDBMS)

Supportati da ArcSDE

ArcSDE GeodatabaseDati in un enterprise RDBMS

Editing multiutente (versions)

Richiede uso di ArcSDE

Arcinfo/arcview sde rdbms

Costruzione di un geodatabase:

– Progettazione del geodatabase(Think before your create)

– Creazione di un nuovo geodatabase


– Definizione della struttura del geodatabase(solamente nome e posizione)(Schema e dati)

– Inserimento dei dati spaziali(caricamento o importazione)

– Definizione di proprietà addizionali(Validazione, relazioni, reti)

DominiAiutano nella compilazione del database permettendo di ottenere dati più “integri” (valori codificati per le tabelle)

Vengono predisposti a livello di Geodatabase e utilizzati su singoli campi degli attributi di una Feature Class

2 tipi di Domini1. Coded: valori codificati per attributi di tipo categoriale2. Range: valori minimo e massimo ammissibile


Aspetti avanzatiAspetti avanzati

1. Coded: valori codificati per attributi di tipo categoriale2. Range: valori minimo e massimo ammissibile

Gestiscono Split e Merge Policies

SottotipiSuddivisione della Feature Class in sottoinsiemi (sottotipi) mediante la codifica di un campo numerico (long/short integer)

Ciascun sottotipo può avere i suoi valori di default ed i suoi domini

Compilazione facilitata degli attributi

Rappresentazione diretta del dato mediante simbologia


Aspetti avanzatiAspetti avanzati

SPATIAL REFERENCE

•Coordinate system

•Spatial domain

•Precision

Coordinate system

Sistema di proiezione e parametri

(GCS/PCS - Datum, meridiano centrale, paralleli, falso nord e est)

Precision

Spatial domain

Il range di coordinate ammissibili per le coordinate geografiche

– X/Y Domain: MinX, MaxX, MinY, MaxY– Z Domain: Min, Max– M Domain: Min, Max

Precision

Il numero della unità del sistema per una unità di misura.La precisione determina la risoluzione della mappa (geodatabase)

– Per esempio: map unit è in metri• Precisione di 1:1 significa una risoluzione di 1 metro• Precisione di 1000: 1000 significa una risoluzione di 0.001 metro ovvevo 1 millimetro

Resolution = Map unit / precision

Computer-aided design (CAD) è un file di disegno digitale in formato vettoriale utilizzato in svariati settori (specialmente a livello di progettazione architettonica)

Formati dei file usati in ambiente GISFormati dei file usati in ambiente GISModello CAD Modello CAD

ArcGIS supporta i seguenti formati CAD:

AutoCAD: .dwg; .dxf;

MicroStation: .dgn


CAD dataset

CAD feature classes


Traslazione tra entità CAD e CAD feature class

STRUTTURA VETTORIALE GIS STRUTTURA VETTORIALE CAD

Tutti i punti delle entità sono georeferiti (coordinate geografiche; cerchio definito da una sequenza fisica di

Gli elementi sono in coordinate planimetriche e possono essere costruiti parametricamente (cerchio definito


Traslazione tra struttura CAD e struttura GIS

geografiche; cerchio definito da una sequenza fisica di punti)

essere costruiti parametricamente (cerchio definito dal centro e dal raggio)

Le strutture topologiche per mettono di associare alle entità attributi descrittivi

Alle entità sono associati solo attributi sul tratto e sul colore

Le strutture topologiche permettono analisi spaziali La struttura grafica è finalizzata alla sola restituzione dei dati

1. Introduzione ai Sistemi Informativi Geografici · Definizioni Definizioni –– ogni cosa ha il...

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