GIS Geographic Information System Ing. M. PETRI [email protected].

GISGeographic Information System

Ing. M. PETRI [email protected]

Sommario

• Storia e significato di GIS

• Tipi di dati- Raster - Vettoriale- TIN

• Tipi di formato di file (sia per raster che per vettoriale)

• Topologia

Cos’è il GIS

Il sottoinsieme di una organizzazione finalizzato alla gestione dell’informazione ne

costituisce il Sistema Informativo S.I., comprendente le risorse umane, i dati e le

procedure (è presente in Comuni, Province, Regioni, imprese private, ecc..).

Il Sistema Informatico è l’insieme dell’hardware e software utilizzati per il

trattamento automatico delle informazioni allo scopo di rendere più efficiente il S.I..

Sistemi Informatici per la gestione di Basi di Dati:• File System (sistemi di archiviazione rudimentali);• Data Base Management Systems (DBMS);• DataWarehouse (per l’analisi dei dati).

Una Base di Dati è composta da• i metadati con lo schema della struttura dei dati;• i dati (istanza del DB).

S.Informativo

Risorse umane

Dati

ProcedureStrumenti Informatici

GIS - SIT

Cos’è il GIS Diverse definizioni

Un contenitore di mappe in forma digitale

Definizione

Cittadino

Utente

Uno strumento informatico per risolvere problemi geografici

Pianificatori, decision makers

Un sistema spaziale di supporto alle decisioni Scienziati e ricercatori

Uno strumento per scoprire informazioni altrimenti non leggibili in dati spaziali

Investigatori, scienziati

1963

Canada

1967

US Bureau of Census

1969

ESRI

1985

GPS

1991

Big Book 1

1994

OpenGISConsortium

1999

Gis_Day

> 1 milione di utenti abituali> 5 milioni di utenti casuali

2002

WWW

Cos’è il GIS

“Almost everything that happens, happens somewhere. Knowing

where something happens is critically important” P.Longley (2001)

Il GIS aggiunge informazione all’analisi statistica (P.Mogorovich).

7.3 %2047San Gaudenzio

7.3 %24Costamara

0.8 %714Scalterone

1.1 %14Monteventoso

5.1 %606Perinello

Ricoveri per malattie resp.

Emissioni SO2

(ton/giorno)Comune

Coefficiente di correlazione fra “Emissioni” e “Ricoveri” è di 0.38, perciò sembra non esserci un legame fra i due fenomeni.

Monteventoso

Scalterone

San Gaudenzio

Perinello

Costamara

Cos’è il GIS Object-Oriented (GIS)Map-Oriented (CAD)

Cartografia disegnata

Cartografia Numerica

GIS

N° di strati informativi

Limitato dalla scala (5-10)

Illimitato Illimitato

N° di attributi Minimo (1-3) Illimitato Illimitato

Topologia No A livello grafico Si

Semantica Segni Parti di entità Entità

Elaborazioni geometriche

No Si Si

Elaborazioni “semantiche”

No No Si

Restituzione flessibile

NoSi, a livello

graficoSi, a livello di

entità

Cos’è il GIS Alcune operazioni

Semantica

Elaborazioni “Semantiche”


Cartografia CTR (Map-Oriented)

Per individuare le stradedevo selezionare tutti i codici che ne delimitanoil contorno.


Cartografia GeoDB (Object-Oriented)

Adesso posso individuare l’oggetto strada, differenziandone gli attributi (sede stradale, piazza, parcheggio, ecc..)e posso fare delle query complesse.

Es. posso selezionare gli edifici che sono più lontani di 500 mt da un parcheggio.

I tipi di dati

(Vettoriale) (Raster, TIN)

Un dato “Vettoriale” è sempre costituito da due componenti

collegate tra loro in maniera dinamica:

componente geografica - indica la forma geometrica di ciascun

elemento

componente tabellare - contiene tutti gli attributi (in forma

alfanumerica) che descrivono le caratteristiche di ciascun

elemento geometrico

I tipi di dati - Vettoriale


Ad un dato “Vettoriale” è possibile collegare dinamicamente

altri tipi di informazioni, dette “IPERMEDIALI”, quali:

– immagini (*.tiff, *.jpg, *.bmp,….)

– filmati (*.avi, *.mpeg)

– files audio

– intere applicazioni (file *.exe od altro)

– …..

attraverso dei cosiddetti Hyperlink (si vedranno in ArcMap)

• Punti sono coppie di coordinate

One-to-one relation between features in the map and records in the

table.

I tipi di dati - Vettoriale Dato puntuale

I tipi di dati - Vettoriale Dato lineare

• Linee sono insiemi di punti che definiscono il proprio shape


table.

Nodes

Vertices

I tipi di dati - Vettoriale Dato poligonale

• Poligoni sono un insieme di linee di contorno (boundaries) che definiscono una shape chiusa


table.


• ArcGIS usa tre diverse implementazioni di dati vettoriali:

– Coverages – Shapefiles– Geodatabases

• Questi tre diversi tipi di memorizzazione dei dati hanno una diversa metodologia di registrazione dei dati.

• Coverages e shapefiles sono modelli file-based, mentre il modello geodatabase è un vero e proprio database management system (DBMS)

• Shapefile può contenere solo un tipo primitiva geometrica (linee, punti,ecc..), a differenza della coverage e del geoDB.


FEATURES

o Coverages sono contenute parzialmente nella propria cartella ed in parte nella cartella comune INFO (da non cancellare !).

o Shapefiles è composto di almento tre files (con estensione .shp, .shx, .dbf) fino a sette files (con estensione .sbx, .sbn, .ain and .aih).

o Geodatabase

o E’un formato per la memorizzazione di dati relazionati (dati geometrici, tabulari, ed immagini) in un database management system (DBMS).

o Il geodatabase segue le fondamentali regole dei modelli relazionali, nei quali ciascun oggetto ed i suoi attributi sono registrati in una riga della tabella.

o Feature Class: Una collezione di features simili (objects), come per esempio edifici, fiumi, all’interno di una tabella DBMS.

o Feature Dataset: Una collezione di simili feature classes che condividono lo stesso dominio spaziale (spatial reference)


Coverages Shapefiles

Texas

Counties

Evap

Info

Texas

Counties.shp

Counties.shx

Counties.dbf

Evap.shp

Evap.shx

Evap.dbf.aat.pat.nat….

Il Geodatabase

Feature dataset

Feature class s.a.

Tables

Feature class

Relazioni

GeoDBGeoDB

ArcCatalog

Case Tools (UML)Domini

Geodatabase

Feature Dataset

Feature Class

Geometric Network

Object Class

Relationship

Workspace

Il Geodatabase

I tipi di dati - Raster

• Un dato “Raster” non è collegato a nessun tipo di informazione

tabellare (salvo eccezioni)

• Un raster è adatto per descrivere fenomeni continui nello spazio

(per esempio: distribuzione di inquinanti, quota, ecc..)

• Un dato raster può servire come riferimento per l’acquisizione di dati

vettoriali

• Per lavorare con dati di tipo raster, ad alto livello, servono le estensioni

Spatial Analyst e 3D Analyst

I tipi di immagini raster• Immagini fisicheImmagini fisiche: ogni pixel indica una misura effettuata in una zona di

territorio relativa ad una grandezza definita generalmente in modo continuo sul territorio stesso

Immagine fisica

La misura può riferirsi a:

• valore medio che la grandezza assume all’interno del pixel • valore estremo • valore che la grandezza assume nel centro del pixel

• Immagini classificateImmagini classificate: ogni pixel assume il valore di un simbolo relativo ad una zona di territorio. Una immagine classificata deriva da una immagine fisica o da una conversione Raster-Vector

Immagine classificata

I tipi di immagini raster

• Immagini cartograficheImmagini cartografiche: scansione di una carta (es. CTR) tramite strumento rasterizzatore

Immagine cartografica



• Immagini fotograficheImmagini fotografiche: fotografie di oggetti (non possono essere ancorate al territorio con un sistema di coordinate ma possono essere usate come attributi)

Immagine fotografica


• Utilizza come primitiva grafica il PIXEL

(Picture Element)

• Immagini in formato “*.tif”, “*.bmp”, “jpg”,

MrSid, Ecw, ….

• Immagini ERDAS-Imagine.img

• Arc/Info GRIDs


La struttura piramidale del raster

• Senza la struttura piramidale, l’intero raster deve essere letto ad ogni ridisegno del display (dovuto a zoom od altro).

• Le piramidi registrano dataset files di ridotte dimensioni, di estensione .rrd (reduced resolution dataset) per incrementare la velocità di ridisegno del raster ed una migliore visibilità anche a piccole scale.

• Quando si aggiunge un raster ad ArcMap, si può scegliere di costruire la struttura piramidale

• Quello che avviene è un ricampionamento del raster ad intervalli di scala


Raster Resampling

• Nearest Neighbor– Closest cell– Continuous and Discrete data

• Bilinear interpolation– Average of nearest 4 cells– Continuous data only

• Cubic Convolution– Average of nearest 16 cells– Continuous data only

Il formato raster GRID

• Grid datasets:

– Struttura di tipo cellulare composta da celle quadrate di ugual dimensioni memorizzate in righe e colonne.

– La definizione di un GRID richiede: (1) le coordinate dell’angolo in alto a sinistra, (2) la dimensione della cella, (3) il numero di righe, (4) il numero di colonne, e (5) il valore di ciascuna cella.

– Celle che non registrano alcun valore sono chiamate NODATA cells.

Number of columns

Num

ber

of

row

s

Cell size

(x, y)

Cell size = 50 m Cell size = 10 m

Il formato raster GRID

• Grid datasets

Il formato TIN

• Triangular Irregular Network (TIN) Datasets:

– Dataset costruiti connettendo punti e con linee e costruendo dei triangoli.

– I lati dei triangoli sono costruiti connettendo i punti adiacenti, così da massimizzare il minimo angolo di ciascun triangolo (tringolazione di Delaunay)

– Il formato TIN è efficiente per memorizzare dati, in quanto la risoluzione varia con i parametri dei dati spaziali.

Il formato TIN

La triangolazione di Delaunay soddisfa il requisito che ogni cerchio disegnato passante per tre punti non ne contiene nessun altro.

La triangolazione di Delaunay ha molti vantaggi rispetto alle altre metodologie di triangolazione:•I triangoli sono il più possibile equi-angolari, riducendo così i problemi di elaborazione numerica creati da triangoli molto lunghi e stretti. •La triangolazione è indipendente dall’ordine in cui i punti sono processati.

Il formato TIN Alcuni esempi

Il formato TIN Confronto TIN - GRID

TIN GRID

Vantaggi

•Abilità di descrivere superfici a diversi livelli di risoluzione •Efficienza nella registrazione dei dati

•Facile da creare e da manipolare •Facile integrazione con i raster DB •“smoother”, apparenza più naturale delle superfici di terreno create

Svantaggi

•In molti casi richiede una ispezione visiva e un controllo manuale del network

•Incapacità di utilizzare varie dimensioni per il grid così da poter rappresentare aree di diversa complessità

Introduzione ad ArcGIS

Client

FileFile DatiDati

ArcIMS Service

ArcExplorerBrowser

Html/JAVA

ArcPadArcSDE Service

DatabaseDatabase

ArcInfo ArcEditor ArcView

ArcReader Windows, Unix, Linux

Server

DatiDati ClientClient ArcReader

ArcInfo

ArcEditor

ArcView

File

Multi-userDatabase

Web Web ServiceService


ArcGIS è un pacchetto di software, usato per creare, visualizzare ed analizzare dati georiferiti

sviluppato dall’ Environmental Systems Research Institute (ESRI), Redlands, California.

ArcGIS

ArcView ArcEditor ArcInfo

ArcMapArcCatalo

gArcToolb

ox

• ArcCatalog è usato per la navigazione fra i dati del DB e per il loro “managing”, per

visualizzarli e per crearne i metadati

• ArcMap è usato per visualizzare dati spaziali, per fare analisi spaziale e per creare mappe al fine di mostrare il risultato del lavoro fatto

• ArcToolbox è una interfaccia per accedere ai tools di conversione dei dati e ad alcune funzioni di analisi.

http://www.esri.com/


Le estensioni di ArcGIS

ArcCatalog-Editing metadati

Accuratezza e precisione

• Precisione: una misura della ripetibilità • Accuratezza: una misura della affidabilità, è la differenza

tra la realtà e la nostra misura

Colpire un bersaglio

1

2

3

4


Edit MetadataMetadata Properties

Create/update Metadata

Import Metadata Export Metadata

Stili disponibili:• FDGC (Federal Geographic Data Committee) • FDGC Classic• FDGC ESRI• FDGC Geography Network• FDGC FAQ• ISO Geography Network• XML

Da Metadata Properties si può attivare/disattivare l’update automatico dei metadati


I Metadati devono includere informazioni su

• Data del loro “rilievo sul terreno” (es. Volo del 1992)• Data della generazione• Coordinate del contorno • Passi del la fase di processing

– Software usati– RMSE, ecc.

• Da dove viene l’origine• Chi ha processato i dati• Proiezione • Sistema di coordinate• Datum• Unità di misura• Scale spaziale• Definizione degli attributi• Chi contattare per ulteriori informazioni

Topologia

Comune A

Comune B

Topologia

• Modelli di Relazioni Spaziali tra features– Connettività, Adiacenza, Prossimità– Tra uno o più feature classes

• Rende migliori i modelli dirappresentazione della Realtà

Coastline

Country boundary

Roads

Bus route

ProssimitàProssimità

Pipes Streams

ConnettivitàConnettività

Land parcels Soil

AdiacenzaAdiacenza

Topologia

Esistono due tipi differenti di topologia

Topologia ARCO-POLIGONO

Topologia ARCO-NODO

Topologia

COVERAGE Poligonale Label-Points

Topologia

COVERAGE Lineare (archi)

Topologia

COVERAGE Topologia arco-poligono

Topologia

COVERAGE Topologia arco-nodo

Topologia

COVERAGE - Costruzione topologia• Esempio Uso del Suolo

– Creazione topologia classica con ArcToolbox

• Build: polygon, line, node

• Clean

Topologia

COVERAGE - Applicazioni topologia

– Elenco di tutti i poligoni adiacenti (I, II, … ordine) ad

ogni poligono di una coverage (es. Uso del suolo)

– Caratterizzazione delle relazioni intercorrenti tra corpi

idrici sotterranei (acquiferi) diversi ed adiacenti

– …..

Topologia

COVERAGE - Applicazioni topologia

• Esempio Uso del Suolo– Elenco dei poligoni adiacenti a ciascun elemento della

Coverage

Arc# L_poly R_poly L_use

1 A B ….

2 C A ….

3 C B …..

4 C D …..

5 D B …..

AABB

CC

33

11

22

DD44

55

I poligoni adiacenti ad A sono quelli nei quali compare in L_poly o R_poly il valore A

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