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Dispense del corso online

Introduzione ai Sistemi Informativi Geografici; cartografia tematica e gestione dei dati territoriali

con il software open source QGIS.

15/06/2015

Docente: Geol. Valerio Noti

GC21

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INDICE

Crediti e Disclaimer Presentazione del corso e operazioni preliminari Risorse utili Lezione

1. QGIS: PRESENTAZIONE DEL SOFTWARE E PROCEDURA DI INSTALLAZIONE 1.1 Cos’è QGIS - 1.2 Principali caratteristiche di QGIS - 1.3 Download del software - 1.4 Procedura di installazione di QGIS - 1.5 I plugin - 1.6 La comunità di utenti QGIS.

2. SISTEMI INFORMATIVI GEOGRAFICI: CONCETTI FONDAMENTALI 2.1 Definizioni e concetti fondamentali - 2.2 Rappresentazione dei dati (raster e vettoriale) - 2.3 I dati gestiti ad un GIS - 2.4 Il concetto di scala in un GIS - 2.5 Il database - 2.6 Le interrogazioni - 2.7 I metadati - 2.8 GIS e SIT.

3. AVVIO DEL SOFTWARE, CONFIGURAZIONE PREFERENZE E INTERFACCIA UTENTE 3.1 Avvio del software - 3.2 Opzioni generali del software - 3.3 Interfaccia utente.

4. IL PROGETTO DI QGIS ED IL CARICAMENTO DI UNO SHAPEFILE 4.1 Salvataggio di un nuovo progetto - 4.2 Caricamento di uno shapefile sulla mappa - 4.3 Il progetto GIS e i collegamenti ai dati esterni - 4.4. Gli strumenti di navigazione - 4.5 Configurazione della panoramica.

5. SHAPEFILE E ALTRI FORMATI COMPATIBILI CON L’AMBIENTE GIS 5.1 Formati raster - 5.2 Formati vettoriali - 5.3 Il formato ESRI Shapefile - 5.4 Accesso a servizi remoti (WMS) - 5.5

GeoDatabase.

6. GESTIONE DEI LAYERS VETTORIALI E RASTER 6.1 Apertura di un progetto esistente e caricamento dei geodati - 6.2 Gestione dei layers nella legenda - 6.3 Caricamento e gestione di layers raster - 6.4 Altre operazioni sui layers della legenda.

7. TABELLE DEGLI ATTRIBUTI E INTERROGAZIONI 7.1 Apertura della tabella di database di un layer vettoriale - 7.2 Selezione degli oggetti e collegamento con database - 7.3 I tipi di dati nelle tabelle - 7.4 Le interrogazioni.

8. SIMBOLOGIA DEI DATI VETTORIALI 8.1 Simbologia categorizzata "valori unici" - 8.2 Simbologia graduata "Intervalli di valori" - 8.3 Simbologia con riempimenti personalizzati - 8.4 Salvataggio delle legende - 8.5 Etichettatura dei geodati.

9. LA GESTIONE DEI SISTEMI DI PROIEZIONE 9.1 I sistemi geodetico-cartografici più utilizzati in Italia - 9.2 Il nuovo sistema ETRF 2000 (2008.0) - 9.3 Integrazione di dati con diversi sistemi geodetico-cartografici - 9.4 I file .prj e l'assegnazione dei sistemi - 9.5 Servizi e software di

conversione delle coordinate.

10. INTEGRAZIONE DI DATI CAD NEL PROGETTO GIS 10.1 Caricamento e tematizzazione di un file DWG - 10.2 Note importanti sulla preparazione dei disegni CAD per

l’ambiente GIS.

11. CENNI SULLA GESTIONE DELLE CARTE TECNICHE REGIONALI 11.1 Inquadramento - 11.2 CTR Raster e/o vettoriali - 11.3 I sistemi di proiezione delle CTR italiane - 11.4

Accessibilità e fruibilità del dato cartografico.

12. COME GEOREFERENZIARE UNA CARTOGRAFIA

13. CREARE NUOVI LAYER E DIGITALIZZARE ELEMENTI GRAFICI 13.1 Creazione di un nuovo shapefile - 13.2 Entrare ed uscire dalla fase di editazione - 13.3 Digitalizzazione di nuovi elementi grafici - 13.4 Cancellare un oggetto - 13.5 Modifica di geometrie esistenti - 13.6 Lo snapping - 13.7 Autocompletamento dei poligoni - 13.8 Perforazione di oggetti esistenti - 13.9 Modifica della struttura tabellare - 13.10 Consigli utili per digitalizzare in modo speditivo ed in sicurezza - 13.11 Tematizzazione del nuovo layer - 13.12

Creare un nuovo layer con operazioni di geoprocessing: buffering.

14. PROCEDURE DI STAMPA IN QGIS 14.1 Preparazione del progetto GIS - 14.2 Creazione di una nuova mappa - 14.3 Inserimento di un oggetto stampa all’interno della tavola - 14.4 Inserimento della legenda - 14.5 Inserimento di altri oggetti nella tavola di stampa - 14.6

Salvataggio e completamento della procedura di stampa.

15. COME CONSEGNARE UN PROGETTO GIS IN MODO CORRETTO AL COMMITTENTE

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15.1 Scala nominale e cartografia di riferimento - 15.2 Sistemi di proiezione - 15.3 Specifiche e Metadati - 15.4 Suddivisione dei geodati in layer e struttura delle tabelle - 15.5 Digitalizzazione in ambiente GIS - 15.6 Digitalizzare in ambiente CAD - 15.7 Gestione dei percorsi - 15.8 La strategia di backup.

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Crediti e Disclaimer

Crediti

Il materiale didattico di questo corso, ad eccezione del dataset geografico, è di esclusiva proprietà dell'autore Valerio Noti. I contenuti non possono essere riprodotti o pubblicati, con nessun mezzo, né interamente né parzialmente, se non con autorizzazione dell'Autore stesso.

Il dataset geografico a corredo del corso (Allegato 1) è distribuito da Regione Piemonte (http://www.dati.piemonte.it/), che ne detiene la paternità, secondo licenza Creative Commons Attribution CC BY 2.5.

I limiti comunali nazionali contenuti nel dataset (Allegato 1) sono distribuiti da ISTAT http://www.istat.it/it/strumenti/territorio-e-cartografia

Responsabilità

I contenuti pubblicati nelle seguenti lezioni sono stati trattati e controllati con il massimo impegno e attenzione. Nonostante ciò, sottoscrivendo questo corso l’Utente dichiara di essere a conoscenza che nessuna pretesa potrà essere avanzata nei riguardi degli e di Geoprofessioni sas nel caso in cui le informazioni fornite contenessero errori o inesattezze. L'Autore e Geoprofessioni sas si riservano la facoltà di modificare, in qualsiasi momento e senza preavviso, i contenuti e le modalità di erogazione del Corso. L'Autore e Geoprofessioni sas, infine, non si assumono alcuna responsabilità per i materiali creati e/o pubblicati da terzi su siti esterni ai quali il corso si collega attraverso link interattivo.

Termini di utilizzo del materiale didattico

Non è consentita all’Utente la facoltà di divulgare i materiali del corso, cedere i suddetti materiali ad altre persone o società, svolgere attività formativa basata sull’utilizzo di tali materiali se non con esplicita autorizzazione da parte dell'Autore. E' consentita all’Utente la facoltà di memorizzare e/o stampare i contenuti del corso per uso esclusivamente personale.

Termini di utilizzo del dataset geografico a corredo del corso

I layers del dataset geografico (Allegato 1) fornito a corredo del corso sono distribuiti con licenza Creative Commons Attribution CC BY 2.5 (http://creativecommons.org/licenses/by/2.5/it/). La paternità del dataset è di Regione Piemonte (http://www.dati.piemonte.it/). I limiti comunali nazionali contenuti nel dataset (Allegato 1) sono distribuiti da ISTAT http://www.istat.it/it/strumenti/territorio-e-cartografia senza indicazione di licenza. Per informazioni contattare il fornitore dei dati.

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Presentazione del corso e operazioni preliminari

"Introduzione ai Sistemi Informativi Geografici" è un corso sul software open source QGIS con approccio essenzialmente pratico all’utilizzo dei GIS e orientato alle più comuni operazioni interessano la gestione dei dati geografici.

Saranno affrontati argomenti basilari come il caricamento di dati raster e vettoriali, la gestione cartografica (Carte Tecniche Regionali), l’editing, il database e la stampa, la georeferenziazione ed alcune analisi spaziali di base come il calcolo delle aree di rispetto (buffering). Particolare importanza sarà inoltre attribuita ai formati disponibili in ambiente GIS, come il formato ESRI Shapefile che rappresenta ormai uno standard de facto del settore. Tutto il corso è espressamente pensato “da professionisti per professionisti” e copre i più importanti aspetti concettuali e procedurali necessari nell’ambito professionale. Le elaborazioni saranno eseguite utilizzando dataset reali resi disponibili ai partecipanti attraverso il portale di e-learning. Per la partecipazione al corso è richiesta solamente la conoscenza di base del sistema operativo e della gestione di files e cartelle.

Requisiti minimi software e hardware per la realizzazione del corso

CPU Intel Pentium IV RAM 1 GB Hard Disk: spazio necessario per software e dati: circa 1 GB Sistema Operativo: MS Windows XP o sup., Linux (varie distribuzioni) Collegamento Internet ADSL

Operazioni preliminari

1. Scaricare dal seguente indirizzo il dataset geografico Geocorsi.zip: SCARICA QUI IL DATASET 2. Dezippare il file zip all’interno di C:\ in modo da archiviare tutto il contenuto su C:\Geocorsi 3. Installare QGIS (vedi Capitolo 1).

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Risorse utili

QGIS

Sul sito www.qgis.org è possibile scaricare QGIS nelle versioni disponibili oltre alla documentazione ufficiale (nei formati PDF e HTML).

Per questioni tecniche consigliamo l’iscrizione alla mailing list gratuita in lingua italiana GFOSS (Geographic Free and Open Source Software) a cui tutti gli utenti sono invitati a partecipare: http://gfoss.it/cgi-bin/mailman/listinfo/gfoss

Sono inoltre disponibili vari gruppi di discussione, forum, social network, blog riferiti alla comunità GIS.

Dati cartografici e Open Data

Geoportale Nazionale http://www.pcn.minambiente.it/GN/

ISTAT http://www.istat.it

Associazione OpenGeoData http://www.opengeodata.it/

STATUS DELL’OPEN DEI DATI GEOGRAFICI http://www.opengeodata.it/ (sezione “Censimento”)

Portale Open Data Presidenza del Consiglio dei Ministri http://www.dati.gov.it/

Codici EPSG http://www.epsg.org http://www.epsg-registry.org/

Dataset utilizzati nel corso Regione Piemonte - http://www.dati.piemonte.it

Servizi WMS della Regione Piemonte http://www.geoportale.piemonte.it/cms/index.php?option=com_content&view=article&id=55&Itemid=73&lang=it

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1. QGIS: PRESENTAZIONE DEL SOFTWARE E PROCEDURA DI INSTALLAZIONE

1.1 Cos’è QGIS

QGIS (in precedenza denominato Quantum GIS) è da molti considerato uno dei migliori software GIS in termini di funzionalità, flessibilità e facilità d'uso. E’ un software Open Source disponibile in lingua italiana e ampiamente utilizzato in ambito professionale. Ha un'interfaccia utente intuitiva, gestisce numerosi formati di dati sia raster che vettoriali tra i quali il formato Shapefile (piena compatibilità con ESRI ArcGIS). E’ dotato di numerose funzionalità e rappresenta in ambito lavorativo una valida alternativa alle applicazioni GIS commerciali.

Figura 1.1 - Logo di QGIS

QGIS, rilasciato con licenza GNU General Public License (https://www.gnu.org/licenses/license-list.it.html), è completamente gratuito e può essere installato su tutte le postazioni di lavoro (piattaforme Microsoft Windows, Linux, MacOS) senza limitazioni di licenza. Il progetto è in continua evoluzione e gli utenti potranno usufruire gratuitamente e per sempre degli aggiornamenti del software senza oneri ulteriori derivanti da contratti di assistenza o canoni annui.

Ideato nel 2002 da Gary Sherman, QGIS è stato rilasciato nella versione 1.0 nel 2009. Negli ultimi anni ha raggiunto una sorprendente maturità informatica, grazie all’impegno di una vasta e attiva comunità di utenti che ha permesso la diffusione di versioni sempre più stabili e con maggiori funzionalità. Sin dalle prime versioni, QGIS risulta legato a GRASS (Geographic Resources Analysis Support System), un potente software GIS per l’analisi geografica avanzata, attraverso un plugin che permette di avviare i comandi GRASS all’interno dell’interfaccia grafica di QGIS.

Nelle ultime versioni QGIS ha integrato il plugin Processing che permette di accedere con facilità e in un unico ambiente di lavoro a singoli geoalgoritmi, interfacciandosi in modo trasparente non solo alle funzioni di GRASS (http://grass.osgeo.org) ma anche a quelli di SAGA (http://www.saga-gis.org/en/index.html) , R (http://www.r-project.org) , ORFEO Toolbox (OTB http://www.orfeo-toolbox.org) e TauDEM (http://hydrology.usu.edu/taudem/taudem5/index.html). In pratica molte analisi geografiche avanzate possono essere avviate direttamente dal Processing toolbox di QGIS con maggior facilità di esecuzione e senza necessità di apprendimento dei singoli software.

La roadmap delle release di QGIS prevede attualmente l’uscita di versioni stabili ogni quattro mesi con numerazione finale pari (ad esempio 2.6, 2.8, 2.10, ecc.) e versioni di sviluppo intermedie con numerazione dispari (ad esempio 2.7, 2.9, 2.11, ecc.). Invitiamo ovviamente, in produzione, all’utilizzo delle versioni stabili.

1.2 Principali caratteristiche di QGIS

Software Open Source con licenza GNU GPL (General Public License)

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Fa parte di Open Source Geospatial Foundation (OSGeo)

Gratuito

Comunità di utenti molto ampia

Compatibile con MS Windows, Linux, MacOS

Disponibilità di numerosi plugin

Tradotto in lingua italiana

Interfaccia utente intuitiva

Gestisce numerosi formati di dati sia raster che vettoriali tra i quali ESRI Shapefile.

Figura 1.2 - Interfaccia utente di QGIS

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1.3 Download del software

L’ultima versione stabile di QGIS è scaricabile da questo indirizzo nelle sue edizioni per diversi sistemi operativi (MS Windows, Linux, Mac, BSD: http://www.qgis.org/ (Figura 1.3)

Figura 1.3 - Home page del sito http://www.qgis.org

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1.4 Procedura di installazione di QGIS

1.4.1. Sistemi MS Windows

1. Scaricare il file di setup QGIS Standalone Installer (Figura 1.4) nella versione a 32 bit o 64 bit corrispondente al sistema operativo in uso (le versioni recenti di Windows sono generalmente a 64 bit. Per verificarlo, è necessario accedere alla voce Sistema del Pannello di controllo);

2. Eseguire il file di installazione; 3. Selezionare la cartella di installazione e seguire le istruzioni del programma (non è necessario, per gli

esercizi di questo corso, scaricare i dataset di esempio proposti dalla procedura di installazione); 4. Al termine della procedura di installazione, avviare QGIS con una delle seguenti azioni:

o Doppio clic sul collegamento presente sul desktop (QGIS Desktop) o Dal menu Start/Programmi o schermata Start di Windows 8.x

Figura 1.4. Pagina di download di QGIS sul sito http://www.qgis.org

Gli utenti più esperti possono inoltre utilizzare la distribuzione OSGeo4W (http://trac.osgeo.org/osgeo4w), mediante la quale è possibile installare diversi software Open Source supportati da OSGeo (Open Source Geospatial Foundation http://www.osgeo.org) accedendo ad un repository remoto. Scegliendo questa opzione è possibile installare l’ultima versione stabile e/o quella di sviluppo di QGIS con relative dipendenze e pacchetti quali Python, GRASS, GDAL, ecc.

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1.4.2. Sistemi Linux

La procedura di installazione di QGIS per sistemi Linux cambia in base al tipo di distribuzione installata (es. Ubuntu, Mint, Suse, RedHat, CentOS, ecc.). Si sconsiglia di utilizzare i repository di default già presenti nelle varie distribuzioni poiché contengono solitamente versioni non aggiornate del software.

E’ quindi consigliabile installare QGIS a partire da repository aggiuntivi (ad esempio UbuntuGIS) messi a disposizione dal team di sviluppo. All’interno di Ubuntu (http://www.ubuntu-it.org/), la distribuzione Linux più utilizzata, digitare sul terminale i seguenti comandi:

sudo add-apt-repository ppa:ubuntugis/ubuntugis-unstable

sudo apt-get update

sudo apt-get install qgis python-qgis qgis-plugin-grass

Per la procedura di installazione su altre distribuzioni fare riferimento alla documentazione disponibile nella pagina di download ufficiale di QGIS (Figura 1.4).

1.4.3. Sistemi Mac OS X

Per l’utilizzo su sistemi Mac OS X è necessaria l’installazione preliminare di alcune librerie software (GDAL Framework e Matplotlib http://www.kyngchaos.com/software/qgis). Il sito del progetto esterno KyngChaos rende disponibili tutti i pacchetti necessari per l’installazione che avverrà secondo le modalità tipiche dei sistemi operativi Mac OS.

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1.5 I plugin

Una delle principali caratteristiche di QGIS è la disponibilità di numerosi plugin esterni sviluppati dalla comunità internazionale di utenti (Figura 1.5).

Figura 1.5. Il gestore dei plugin di QGIS

I plugin sono componenti software che vengono scaricati ed installati collegandosi ad appositi siti (repository), tra i quali è disponibile quello ufficiale, in cui sono archiviate le applicazioni approvate dal comitato scientifico del progetto. Nella finestra di gestione dei plugin (menu Plugins > Gestisci e installa plugin…) è possibile eseguire ricerche, installare nuovi componenti ed aggiornare quelle esistenti. Nella scheda Impostazioni è inoltre possibile gestire i repository ed attivare il controllo degli aggiornamenti ad ogni avvio del software. I plugin ritenuti più importanti (ad esempio GRASS, il georeferenziatore, Processing ecc.) sono stati, negli anni, attivati di default in fase di installazione di QGIS o direttamente inglobati nel core.

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1.6 La comunità di utenti QGIS

Il progetto QGIS è sostenuto da una comunità di utenti e sviluppatori diffusa in tutto il mondo. In Italia sono disponibili numerosi strumenti quali il sito del progetto (comprendente tutorial e documentazione ufficiale), la mailing list italiana GFOSS (Geographic Free and Open Source Software http://gfoss.it), vari gruppi di discussione, forum e social network. Ricordiamo anche la presenza di manuali, guide non ufficiali e video didattici diffusi su blog o social network come YouTube. QGIS dispone inoltre di un sistema di ticketing (bug tracker https://hub.qgis.org/projects/quantum-gis) che permette di segnalare eventuali anomalie e di verificare lo stato di attività delle singole segnalazioni. Il ticketing velocizza fortemente la risoluzione dei bug e rappresenta uno strumento fondamentale nell’evoluzione del progetto.

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2. SISTEMI INFORMATIVI GEOGRAFICI: CONCETTI

FONDAMENTALI

2.1 Definizioni e concetti fondamentali

I Sistemi Informativi Geografici (GIS, Geographic Information System) possono essere definiti come una “combinazione di hardware, software, risorse umane e procedure che ha lo scopo di acquisire, gestire e analizzare dati spazialmente referenziati” (Goodchild e Kemp, 1990). Hanno vissuto negli ultimi decenni una forte evoluzione tecnologica e culturale, ampliando notevolmente le modalità di gestione ed analisi del territorio in molti settori di intervento (elenco non esaustivo): Geomarketing, reti tecnologiche, mobilità e monitoraggio flotte, urbanistica e pianificazione territoriale, geologia, monitoraggio ambientale, turismo, tributi, agronomia e gestione forestale, protezione civile, studi sociali, demografici e sanitari, ricerca scientifica in numerosi settori, beni culturali e archeologia, ecc.

I GIS sono basati su due concetti fondamentali:

L’oggetto (o entità). Qualsiasi elemento reale o fenomeno presente sulla superficie terrestre può essere utilizzato e interrogato in un GIS (un albero, una formazione geologica, un pozzo, una strada, un’area con un certo tipo di uso del suolo, ecc. ).

La georeferenziazione. E’ il processo attraverso il quale ad ogni oggetto vengono attribuite coordinate spaziali reali secondo determinati sistemi di riferimento e proiezione (es. Gauss-Boaga Roma 40, UTM ED50, ecc.).

Il punto focale è proprio la gestione di “dati spazialmente referenziati”: senza la georeferenziazione, non è possibile parlare di GIS.

Per ogni entità rappresentata vengono associati due tipi di informazione (Figura 2.1):

La geometria: riproduce la forma degli oggetti e viene ricondotta a tre elementi di base (primitive grafiche): punto, linea e poligono.

Il database (attributi): rappresentano i dati descrittivi dei singoli oggetti (ad es. un pozzo è definito dalla profondità, dall’anno di perforazione, dal proprietario, ecc.).

Figura 2.1 - La geometria e gli attributi come componenti dell’oggetto reale

Dal punto di vista dell’organizzazione dei dati, viene utilizzato un modello logico che suddivide gli elementi in strati sovrapposti (layers o livelli, Figura 2.2). Gli oggetti appartenenti a diversi strati possono essere confrontati poiché riferiti ad un unico sistema di coordinate (Figura 2.2). Si tratta a tutti gli effetti del corrispondente digitale dei vecchi lucidi trasparenti tra loro sovrapposti e contenenti ognuno un diverso tematismo (es. limiti amministrativi, reti tecnologiche, particelle catastali, ecc..). Questo tipo di suddivisione dei dati geografici porta a numerosi benefici tecnici e di gestione dei dati stessi, permettendo inoltre interrogazioni simultanee sui vari livelli ed estrazione delle informazioni in base al loro posizionamento.

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Figura 2.2 - Modello logico a strati sovrapposti (da http://www.izmo.it)

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2.2 Rappresentazione dei dati (raster e vettoriale)

Nei GIS i dati geografici possono essere archiviati sotto forma di due macromodelli fondamentali:

Modello vettoriale: le informazioni vengono memorizzate attraverso serie di coppie di coordinate (x,y) che formano figure geometriche come punti, linee, poligoni. Ognuna di queste forme rappresenta un oggetto reale (entità vettoriale) associato ad un record della tabella che contiene gli attributi. E’ il tipico modello nel quale vengono archiviati i dati digitalizzati dall’utente (Figura 2.3).

Modello raster: viene utilizzata la cella (pixel) come unità fondamentale di discretizzazione del territorio (Figura 2.4). Tali celle, di solito quadrate e con risoluzione (lato della cella) ben definita, formano una griglia di m righe ed n colonne che coprono una determinata regione. Per ogni pixel viene archiviato un valore (es. intensità di colore, elevazione, quantità di precipitazioni, un tipo di formazione geologica, ecc.) in forma numerica. I dati raster possono provenire da diverse fonti (scansioni, immagini satellitari, fotografie aeree, rasterizzazione di dati vettoriali, analisi GIS). I Modelli Digitali del Terreno e le cartografie derivate (pendenze, esposizione dei versanti, ecc.) sono tipici esempi di elaborazioni disponibili in formato raster.

Figura 2.3 - Modello vettoriale (da http://www.izmo.it)

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Figura 2.4 - Modello raster (da http://www.izmo.it)

La conseguenza grafica dell’utilizzo del modello raster è la tipica pixelizzazione che si presenta a livelli di zoom elevati, fenomeno non riscontrabile nel dato vettoriale (Figura 2.5).

Figura 2.5 - Confronto tra rappresentazione vettoriale e raster

Estratto delle dispense del corso online “Introduzione ai Sistemi Informativi Geografici; cartografia tematica e gestione dei dati territoriali con il software open source QGIS” disponibile sulla piattaforma e-

learning per professionisti tecnici Geocorsi®.

Ogni corso è valutato in termini di crediti formativi nelle misure previste dai Consigli Nazionali dell'area tecnica di riferimento.

Accedi alla scheda del corso per tutti i dettagli.

Per informazioni: www.geocorsi.it +39 085 4917052 - info@geocorsi.it