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I dati geografici:modelli e strutture

Gis3W51016 Montecatini Terme (PT)

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Modello del dato geografico

Una serie di costrutti per rappresentare gli oggetti e i processi geografici in ambiente digitale

Tipologie principali● Cartografia tradizionale

e numerica

● Ortofotocarte digitali

● Immagini da satellite

● Rilievi GPS e rilievi topografici

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Modello del dato geografico

Caratteristiche principali di un dato geografico

● modello geometrico

(vettoriale o raster)● formato● topologia

(solo per dati vettoriali)● attributi● sistema di proiezione● metadati

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Modelli dati spaziali

I principali modelli:

● Vettoriale (punti, linee, poligoni)● file vettoriali fisici (shapefile, mapinfo, gpx...)● dati vettoriali su GeoDatabase● servizi WFS

● Raster (immagini):● file raster fisici (GeoTif, AsciiGrid...)● dati raster su GeoDatabase● Servizi WMS e WCS

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Il modello vettoriale

Ogni oggetto del mondo reale è classificato in un tipo geometrico

● Punti● Linee● Poligoni

Ad ogni vertice dei singoli elementi è associata una coppia di coordinate che definiscono la posizione in base al sistema di riferimento.

Il modello vettoriale Geometria

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Il modello vettoriale Geometria

Caratteristiche delle diverse entità geometriche:● Punti: elementi geografici troppo piccoli per poter essere

rappresentati nella loro estensione ad una determinata scala.

Ad ogni punto è associata una coppia/tripla di coordinate (x,y,z). ● Linee (archi): elementi con prevalente sviluppo lineare (es. strade,

corsi d’acqua...).

Una linea è composta da un punto iniziale e finale (nodi) e da una serie di punti intermedi (vertici).

Ad ogni vertice o nodo è associata una coppia/tripla di coordinate (x,y,z).

● Poligoni: definiscono elementi areali (es un appezzamento, un nucleo urbano, una particella catastale...).

Un poligono è composto da una serie di segmenti.

Ad ogni vertice del poligonoè associata una coppia/tripla di coordinate (x,y,z).

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Il modello vettoriale Attributi

Possibilità di associare a ciascun elemento geografico un dato descrittivo attraverso tabelle:

● Dati alfanumerici sono relazionati ai dati geografici e organizzati in banche dati (“tabelle degli attributi”)

● Solitamente ciascun elemento geografico è associato ad un record nella tabella degli attributi

● Ogni record viene descritto attraverso uno o più campi.● I campi possono contenere informazioni quali numeri

(es. popolazione di un comune, area di un appezzamento), descrizioni (es. nome di una località), date, veridicità di una situazione (es. “si” o “no”)

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Il modello vettoriale Attributi

Collegamento tra geometrie e record della tabella degli attributi

● Modalità 1 a 1

Es: poligoni diversi, anche se appartenenti allo stesso comune sono collegati a record distinti

● Le caratteristiche geometriche misurabili (area, perimetro, lunghezza..) e quelle associate sono relative ai singoli poligoni

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Il modello vettoriale Attributi

Collegamento tra geometrie e record della tabella degli attributi

● Modalità n a 1 (multigeometrie)

● Es: poligoni diversi, anche se appartenenti allo stesso comune sono collegati allo stesso record

● Le caratteristiche geometriche misurabili (area, perimetro, lunghezza..) sono relative alla somma di quelle dei singoli poligoni, quelle associate sono comuni.

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Il modello vettoriale Topologia

Insieme delle relazioni spaziali tra gli oggetti, esprimono vincoli di congruità

Permettono di realizzare analisi particolari:

● Es: trovare tutti i comuni confinanti con un comune dato

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Il modello vettoriale Topologia

Esempi di relazioni topologiche

● Intersezione degli archi● “Direzione” degli archi

● Adiacenza tra i poligoni

● Inclusione di un poligono in un altro

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Il modello vettorialeVantaggi

Vantaggi del modello vettoriale:

● Rappresentazione familiare e intuitiva per molti oggetti del mondo reale

● Rappresentazione efficiente dei dati spaziali● Buona risoluzione per gli oggetti geometrici● Permettono l’analisi topologica● Possibilità di associare dati e caratteristiche

alfanumeriche● Possibilità di associare link a materiale multimediale

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Il modello vettorialeSvantaggi

Svantaggi del modello vettoriale:

● Scarsa qualità di rappresentazione nelle superficie continue

● Diverse possibilità di analisi rispetto ai dati raster

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Il modello raster

I raster vengono utilizzati per rappresentare tematismi o processi continui nello spazio:

✔ modello altimetrico del terreno✔ carta delle precipitazioni✔ diffusione di un inquinante

I raster sono rappresentabili tramite una matrice (griglia regolare) costituita da celle o pixel.

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Il modello raster

Alle singole celle viene associato un valore numerico ed una descrizione.

La risoluzione di un raster esprime la porzione di superficie terrestre rappresentata da una singola cella:

✔ un raster con risoluzione di 100 m è costituito da celle che rappresentano un'area di 100 x 100 m.

Un aumento della risoluzione indica un aumento del numero di celle necessarie per rappresentare la stessa estensione del territorio.

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Il modello raster Vantaggi

Vantaggi del modello raster:

● Buona rappresentazione dell’informazione che varia in maniera continua

● Facilità di rappresentazione e di analisi

● Formato naturale per le immagini satellitari

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Il modello raster Svantaggi

Svantaggi del modello raster:● Difficoltà a risolvere dettagli in fase di rasterizzazione

● Memorizzazione costosa anche se ci sono possibilità di compressione diverse legate ai diversi software

OO

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Rasterizzazione di un dato vettoriale

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Sistemi di proiezione geografica

Un sistema di riferimento (SR) è un insieme di regole e misure per la determinazione della posizione spazio temporale di un qualsiasi punto sulla Terra.Per dare un significato alle coordinate cartografiche si deve definire:

✔ sistema di riferimento (datum)

✔ rappresentazione cartografica (proiezione)

Il datum è definito da due aspetti:✔ l’ellissoide di riferimento, scelto per approssimare la dimensione

e la forma della Terra

✔ l’orientamento dell’ellissoide, ossia il suo posizionamento rispetto alla superficie terrestre reale.

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I principali sistemi di riferimento:● Sistema di riferimento WGS84

✔ World Geodetic System 84 (WGS 84) usa un proprio ellissoide (WGS84); è usato dalla rete di rilevamento satellitare GPS. Si basa su reti GPS diverse:

✔ globale: Dipartimento delle Difesa USA

✔ europea: EUREF89=ETRF89

✔ italiana: IGM95

● Sistema di riferimento UTM✔ nella cartografia ufficiale europea con sistema di riferimento

ED50

✔ per esprimere con coordinate metriche il risultato di un rilievo GPS, di solito indicate come WGS84 ma in realtà è UTM su WGS84

✔ Italia coperta da due fusi: 32N e 33N

Sistemi di proiezione geografica

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I principali sistemi di riferimento:● Sistema di riferimento Roma40 (Gauss-Boaga)

✔ usa l’ellissoide internazionale 1924 (Hayford), è orientato a Monte Mario (Roma); è il datum utilizzato nella produzione cartografica IGM fino alla fine degli anni ’80, e ancora in uso nella Cartografia Tecnica Regionale.

✔ Due Fusi: Est ed Ovest

● Sistema di riferimento Cassini Soldner✔ Questa trasformazione è afilattica (minimizza tutte le

deformazioni ma non ne annulla nessuna), ma per aree limitate si può considerare equivalente.

✔ Per questo motivo è stata utilizzata per il Nuovo Catasto dei Terreni.

Sistemi di proiezione geografica

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Metadata

Un metadato, letteralmente "dato su un (altro) dato", è l'informazione che descrive un insieme di dati.

La funzione principale di un sistema di metadati è quella di consentire il raggiungimento dei seguenti obiettivi:

✔ Ricerca✔ Localizzazione,✔ Selezione✔ Interoperabilità semantica✔ Gestione risorse✔ Disponibilità

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Metadata

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Elaborazione dati

● Tipiche del dato vettoriale– Sovrapposizione tematica (Overlay topologico)

– Creazione aree di rispetto (buffer)

– Estrazione elementi geografici, aggiornamento automatico, estrazione di aree

– Elaborazioni sulle banche dati descrittive

● Tipiche del dato raster– Analisi 3d (analisi pendenze, esposizione, visibilità,

illuminazione)

– Interpolazione punti, creazione aree

– Modellistica spaziale

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