Realizzazione corso di formazione a distanza sulletecnologie SIT per funzionari delle Regioni italiane“Formazione e gestione del SIT regionale”

Ottobre 2001

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Mappe e realtà .............................................................................................................................................. 41.1 Informazione e Sistema Informativo............................................................................................ 4

1.1.1 - Informazione Territoriale.............................................................................................................. 51.1.2 - Il Sistema Informativo Territoriale................................................................................................ 5

1.2 La tecnologia GIS .......................................................................................................................... 71.2.1 - Cartografia e GIS......................................................................................................................... 81.2.2 - Le fonti dell'informazione territoriale.......................................................................................... 111.2.3 - La georeferenziazione............................................................................................................... 121.2.4 – Acquisizione delle fonti di informazione territoriale .................................................................. 13

1.3 Il Telerilevamento e i GIS ............................................................................................................ 171.3.1 Cos’è il telerilevamento................................................................................................................ 171.3.2 Satelliti e sensori.......................................................................................................................... 181.3.3 La risposta spettrale delle superfici ............................................................................................. 191.3.4 Utilizzo della classificazione guidata per la discriminazione territoriale: il caso della regionePiemonte............................................................................................................................................... 211.3.5 Satelliti e sensori più frequentemente utilizzati............................................................................ 22

Sensori a media risoluzione.............................................................................................................. 22Il satellite IRS .................................................................................................................................... 23Sensori ad alta risoluzione................................................................................................................ 25Il satellite IKONOS ............................................................................................................................ 25

1.4 Rappresentazione e potenzialità dell'informazione territoriale .............................................. 281.4.1 - La rappresentazione del mondo reale in un SIT ....................................................................... 281.4.2 - Restituzione di Dati Territoriali .................................................................................................. 281.4.3 - Utilizzo della tecnologia GIS...................................................................................................... 30

Cartografia .................................................................................................................................................. 322.1 Introduzione ................................................................................................................................ 322.2 Sistemi di coordinate .................................................................................................................. 33

2.1.1 - Coordinate geografiche; definizione di geoide ed ellissoide ..................................................... 332.1.2 - Il Datum (il sistema nazionale Roma 40, il sistema europeo ED 50, il sistema GPS WGS 84 +IGM 95) ................................................................................................................................................. 342.1.2.1 - il sistema nazionale Roma 40 ................................................................................................ 342.1.2.2 - il sistema europeo ED 50, ..................................................................................................... 342.1.2.3 - il sistema GPS WGS 84 ......................................................................................................... 362.1.2.4 - Il sistema GPS WGS 84 + IGM 95 ......................................................................................... 38

2.2 Principi della rappresentazione cartografica............................................................................ 392.2.1 - Rappresentazione conforme di Gauss ...................................................................................... 392.2.2 - . Il sistema nazionale Gauss-Boaga.......................................................................................... 392.2.4 - Il sistema internazionale UTM ................................................................................................... 402.2.5 – La proiezione naturale e il sistema cartografico castale........................................................... 41

2.3 La cartografia Ufficiale italiana .................................................................................................. 422.3.1 - La cartografia di base................................................................................................................ 422.3.1.1 La cartografia di base ufficiale italiana ..................................................................................... 432.3.2 - La cartografia tematica .............................................................................................................. 45

2.4 Lettura della cartografia .................................................................................................................. 46Esempio di lettura della Carta topografica d'Italia serie 25/V............................................................... 47

IL TITOLO ......................................................................................................................................... 472.4.1 Trasformazione di coordinate cartografiche ................................................................................ 512.4.2 La scala cartografica................................................................................................................... 51

Modelli e funzioni ....................................................................................................................................... 533.1 Rappresentazione digitale dei dati geografici:......................................................................... 53

3.1.1 - Modello vector ( primitive geometriche vettoriali, topologia) ..................................................... 53Punto ................................................................................................................................................. 53Linea.................................................................................................................................................. 54Poligono ............................................................................................................................................ 55Topologia........................................................................................................................................... 55

3.1.2 - Modello raster............................................................................................................................ 563.2 Acquisizione di dati Territoriali:................................................................................................. 58

3.2.1- Tecniche di acquisizione ............................................................................................................ 58

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3.2.2 - Adeguatezza dei due modelli rispetto alle fonti di dati e agli usi ............................................... 593.2.3 - Problematiche di misura nei due formati ................................................................................... 60

3.3 Principali funzioni dei GIS .......................................................................................................... 603.3.1 - Funzioni di Base ........................................................................................................................ 603.3.1.2 Overlay...................................................................................................................................... 613.3.3.3 Zoom, pan................................................................................................................................. 61

3.3.1.4 Selezione ............................................................................................................................ 62a) Selezione tramite puntamento ...................................................................................................... 62b) Selezione tramite condizione sugli attributi................................................................................... 62c) Selezione tramite condizione geografica ...................................................................................... 62

3.3.2 - Funzioni avanzate ..................................................................................................................... 623.3.2.1 Buffering ............................................................................................................................. 623.3.2.2 Incrocio ............................................................................................................................... 62

Organizzazione dell’informazione............................................................................................................ 644.1 Organizzazione degli attributi .................................................................................................... 64

4.1.1 - Introduzione ai data base .......................................................................................................... 64a) Database gerarchico ........................................................................................................................ 65b) Database reticolare .......................................................................................................................... 65d) Database a oggetti ........................................................................................................................... 65c) Database relazionale ........................................................................................................................ 66

4.2 Attributi e rappresentazioni territoriali...................................................................................... 684.2.1 Costruzione di carte tematiche .................................................................................................... 68

4.3 Problemi di comunicazione e integrazione di data base diversi ............................................ 684..5 Costruzione di un Sistema Informativo..................................................................................... 70

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Mappe e realtàLe mappe come rappresentazione della realtà. Le mappe digitali, le immagini da satellite ed altrerappresentazioni. L’astrazione della realtà e la sua immissione nel computer.

1.1 Informazione e Sistema Informativo

Un sistema informativo geografico (GIS) e' uno strumentocomputerizzato che permette di posizionare ed analizzare oggetti ed eventi che esistono e si verificanosulla terra. La tecnologia GIS integra alle operazionistandard effettuate sui database più comuni, qualiricerche ed analisi statistiche, le funzionalità proprie deiGIS quali,la memorizzazione e l'immagazzinamento deidati, la manipolazione e l'analisi degli stessi, la creazionedi rappresentazioni e copie di output (carte e tabelle),con ivantaggi specifici della visualizzazione e della analisigeografica forniti dalle mappe. Tali capacità distinguono i GIS da altri sistemi informativie ne fanno uno strumento di grande valore rivolto adun'ampia gamma di utenti pubblici e privati che hanno lanecessità di visualizzare e analizzare informazioni, perspiegare eventi, prevedere esiti e risultati, pianificarestrategie.Sovrappopolazione, inquinamento, deforestazione,

disastri naturali hanno una dimensione geografica critica, attraverso i GIS è possibile studiare e controllarequesti fenomeni in tutta la loro complessità tenendo conto della componente geografica.Sia che si debba localizzare una nuova attivitàindividuare il suolo migliore per coltivare un elementospecifico, trovare il percorso ottimale per un veicolod'emergenza, per tutti i problemi che hanno anche unacomponente geografica il GIS da la possibilità dicreare mappe, integrare informazioni, visualizzarescenari, risolvere problemi complicati, produrre ideepotenti ed elaborare soluzioni efficaci come mai primad'ora. Il GIS e' uno strumento utilizzato da individui edorganizzazioni, scuole, governi e imprese per trovaresoluzioni innovative ai problemi specifici.

Un Sistema Informativo Territoriale, o più brevemente un sistema GIS, è formato sostanzialmente da quattroparti: i dati, le persone, gli strumenti e il contesto organizzativo.Per quanto riguarda gli strumenti, si tratta di un elaboratore, o di una rete di elaboratori, dotati di softwaredisegnato specificatamente per il trattamento di dati territoriali. Oggi sono disponibili strumenti di questo tipoil cui costo va da poche decine di milioni nel caso di stazioni basate su Personal Computer, fino a qualchecentinaia di milioni per sistemi più complessi basati su "workstation".L'importanza del dato, all'interno di un GIS, è vitale: la capacità elaborativa della macchina è inutile se nonsono disponibili dati su cui operare. Per i non addetti ai lavori può essere sorprendente osservare che ilcosto dei dati, in una fase di avvio di un GIS, è assai superiore al costo degli strumenti informatici. E sequesto è vero in un momento iniziale, occorre poi mettere in conto il successivo impegno, peraltro più criticoma assai meno gratificante, di mantenere costantemente aggiornata la base informativa, pena la morte perinvecchiamento del sistema. Il problema va affrontato in una logica globale, che deve trovare coinvolti i varisoggetti che operano sul territorio.Intendiamo con “persone” non la componente informatica, cioè gli specialisti in grado di far funzionare glielaboratori, ma gli utenti (urbanisti, geologi, esperti di gestione del territorio in genere), i quali estraggono"dati" dagli strumenti informatici e, aggiungendo la loro competenza professionale, li trasformano in"informazioni". La mancanza di persone nel senso suddetto è considerata il motivo principale del fallimentodi alcune importanti esperienze nel settore.Infine il contesto organizzativo è la struttura all'interno della quale operano le persone. Nell'ambito dellastruttura tutto il sistema GIS trova la sua ragione d'essere in quanto è lì che le informazioni estratte dalsistema vengono tradotte in decisioni.

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Se si analizza la criticità di ciascuna componente, si scopre che l’unica componente di cui si può fare ameno, almeno in linea di principio, è la parte informatica. Se esistono dati, persone esperte e un buoncontesto organizzativo, il Sistema Informativo funziona, così come funzionava prima dell’avventodell’informatica. L’assenza, invece, di dati, di esperti disciplinari o di un contesto organizzativo causa, indiverso modo, la morte del Sistema. La minore criticità della parte informatica rispetto alle altre si rifletteanche sul piano dei costi. La parte informatica di un Sistema Informativo Territoriale costa meno dei dati cheservono ad attivarlo, mentre la disponibilità di persone esperte e ancora di più la presenza di un validocontesto organizzativo sono entità economicamente non valutabili.

1.1.1 - Informazione Territoriale

L’informazione territoriale descrive gli oggetti del mondo reale e tratta le informazioni che si riferiscono aduna posizione nel mondo reale.Parlando di informazione territoriale non si può non fare riferimento alla cartografia, in quanto da sempre è

stata lo strumento di rappresentazione degli oggetti delmondo reale.Si possono avere rappresentazioni cartografiche chedanno informazioni descrittive su oggetti reali, esistentinel mondo fisico, come per esempio le mappe di uncomune, dove sono indicate le strade, gli edifici, e i tipi diedifici. Oppure esistono rappresentazioni cartografiche dioggetti un po’ meno reali, come le vecchie carte catastalidei confini delle proprietà, confini che non sono tracciatifisicamente sul terreno. Esistono poi altrerappresentazioni che forniscono informazioni sucaratteristiche territoriali, ambientali, che non possonoessere definiti oggetti del mondo reale in quanto, adesempio non sono visibili, ma vengono rappresentati

cartograficamente (es: una carta climatica).

Caratteristiche dell’informazione territoriale sono : la geometria e la topologia.La geometria riguarda le seguenti caratteristiche dei componenti dell’informazione spaziale:

•Forma (cerchio, quadrato, sfera)•dimensione (lunghezza, area, volume)•distanze•angoli

La topologia tratta di altre caratteristiche dei componenti, relative alle loro mutue relazioni:•contenimento•adiacenza•connessione

Queste proprietà di posizione non variano se variano forma e dimensione dei componenti.Le componenti dell’Informazione Territoriale sono due:

•componente spaziale: posizione, forma, dimensioni, proprietà topologiche•componente non spaziale: dati descrittivi (attributi) associati alla componente spaziale

Si può anche introdurre un’ulteriore scomposizione, rispetto alla quale però non esiste consenso generale:•informazione territoriale di base•informazione territoriale tematica

L’informazione territoriale di base è indispensabile per tutti gli usi, è indipendente dall’uso e dagli utilizzatori,da chi l’acquisisce.

1.1.2 - Il Sistema Informativo Territoriale

Esistono varie definizioni possibili di Sistemi Informativi Territoriali.Inoltre sono utilizzati diversi acronimi che fanno tutti riferimento, con qualche lieve differenza, alla nostraconcezione di Sistemi Informativi Territoriali:

S.I.T.: Sistema Informativo Territoriale G.I.S.: Sistema Informativo Geografico (Geographical Information System) S.I.S.: Sistema Informativo Spaziale

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Questi tre acronimi, come abbiamo appena detto, vengono usati correntemente in alternativa tra loro, ma inquesto corso si userà preferibilmente il termine S.I.T. per riferirsi ai Sistemi Informativi Territoriali, mentrel’acronimo GIS verrà usato prevalentemente per indicare la componente tecnologica del sistema, lacosiddetta tecnologia GIS.

Parimenti esistono diverse definizioni di S.I.T.. Ne presentiamo alcune tratte dalla letteratura, in ordinecronologico:

•“A GIS is a powerful set of tools for collecting, storing, retrieving at will, transforming, and displayingspatial data from the real world”, Burrough 1986 (Un GIS è una potente serie di strumenti peracquisire, memorizzare, estrarre a volontà, trasformare e visualizzare dati spaziali dal mondo reale).•“A GIS is a computer system that can hold and use data describing places on earth’s surface”,Rhind 1989 (Un GIS è un sistema che può mantenere ed usare dati che descrivono posti sullasuperficie terrestre).•“A Geographical Information System is a group of procedures that provide data input, storage andretrieval, mapping and spatial analysis for both spatial and attribute data to support the decision-making activities of the organisation”, Grimshaw 1995 (Un sistema informativo geografico è ungruppo di procedure che consentono input, memorizzazione, accesso, mapping e analisi spaziale siaper dati spaziali che per attributi, per supportare le attività decisionali dell’organizzazione).•“A geographical information system is an organized collection of computer hardware, software,geographic data, and personnel designed to efficiently capture, store, update, manipulate, analyze,and display all forms of geographically referenced information”, ESRI (Un sistema informativogeografico è un insieme organizzato di hardware, software, dati geografici e persone progettato perraccogliere, immagazzinare, manipolare, analizzare e rappresentare in modo efficiente tutte le formedi informazione geograficamente referenziata).• “Un sistema informativo geografico è un sistema composto da banche dati, hardware, software edorganizzazione che gestisce, elabora ed integra informazione su una base spaziale o geografica”,Barrett-Rumor 1993.

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1.2 La tecnologia GIS Nella vita reale tutti utilizziamo spesso inconsciamente analisi di tipo geografico nelle azioni più varie: ricercadel percorso ottimo tra due punti, ricerca del parcheggio che ottimizzi il tempo globale (auto + cammino) perraggiungere un luogo, ecc., e a livello diverso l’allocazione di industrie a rischio nelle aree più adatte,ottimizzazione della localizzazione delle fermate dell’autobus, ottimizzazione dei percorsi per la raccolta deirifiuti, ecc.Le operazioni che implicano un’analisi geografica si fanno utilizzando una carta, o più in generale tramiteuna visione geografica del campo d’azione. Questo approccio si basa sul principio di vedere “insieme”oggetti “diversi”, cosa che accade normalmente quando guardiamo una carta; in questa condizioneeseguiamo mentalmente operazioni di tipo “spaziale”, quali essere vicino, essere adiacente, essere dentro,essere visibile, ecc.Gli oggetti che troviamo rappresentati su una mappa sono caratterizzati dal fatto di possedereun’informazione geografica e una descrittiva (attributi). Per esempio un edificio porta un’informazionegeografica consistente nella sua posizione sul territorio e una descrittiva consistente nella sua tipologia;analogamente una strada, una sezione di censimento, un lago, un traliccio, ecc.

Sulla parte “Attributi”, che contiene“valori” attribuiti a caratteristichedell’oggetto possiamo applicareoperatori di tipo tradizionale.Possiamo cioè confrontare oggettidiversi confrontando i valori dellaparte descrittiva: per esempio:L’edificio E1 ha più vani dell’edificioE4 ?Quante strade in quest’area sononon asfaltate ?

Sulla parte “Geografica” possiamo applicare operatori diversi e relativamente nuovi per il mondodell’informatica, quali la “vicinanza”, la “adiacenza”, la “connessione”, ecc. Per esempio:Il Comune D1 confina col Comune R7 ?La strada A1 è connessa con la strada A11 ?

La nuova struttura quindi permette di sfruttare la potenzialità di una serie di nuovi operatori detti “spaziali”,perché operano nello spazio, anziché nel campo dei valori alfanumerici tradizionali.

Gli oggetti di una mappa possono essere raggruppati in classi, ciascuna delle quali contiene al suo internodati omogenei (la classe delle strade, quella dei tralicci, ecc.). All’interno di una classe sono contenuti piùoggetti non necessariamente identici, anzi in genere ciascuno con una sua propria caratterizzazione intermini geografici (diversa posizione e forma) e descrittivi (un tratto di strada statale, o provinciale, o nonasfaltata, ecc.). Le classi sono dette anche strati o livelli informativi (in inglese layer).

Consideriamo oggetti appartenenti a livelli informativi diversi, p.es. strade ed edifici. Ciascuno di essi ha unapropria struttura, ed è facile osservare che la parte “Attributi” è strutturata diversamente per le due classi.Mentre la parte descrittiva della classe “strade” descriverà il tipo di pavimentazione della strada, il suo nome,la larghezza, ecc., la parte descrittiva della classe “edifici” descriverà la destinazione d’uso dell’edificio, lasua altezza, il numero di vani presenti, ecc. Se la parte “Attributi” è molto diversa per le due classi, alcontrario la parte “Geografica” è strutturata in modo molto simile; infatti, qualunque sia la classe, ladescrizione geografica si basa su un unico sistema di riferimento: le coordinate geografiche che esprimonolo sviluppo di una casa sono scritte nello stesso “linguaggio” di quelle che esprimono la curva di una strada.Questa caratteristica permette di applicare operatori spaziali a oggetti appartenenti a classi diverse e diconseguenza a confrontare, correlare, collegare, tramite operazioni, oggetti eterogenei.Gli operatori che agiscono su oggetti appartenenti a strati diversi sono la versione algoritmica di quello chefacciamo quando, guardando una carta, mettiamo in relazione entità eterogenee. Tuttavia sulla carta i tipi dioggetti eterogenei e le loro caratteristiche sono limitati, mentre in una logica GIS non abbiamo, da questopunto di vista, alcun limite concettuale.Dato un punto sul territorio, territorio inteso come lo spazio nel quale esistono e convivono oggetti fisici eantropici, su di esso insistono molti oggetti diversi e il fatto di insistere sullo stesso punto implicaun’interazione. Questa è bene espressa dalla concezione a strati tipica degli strumenti GIS.

Descrizionegeografica

Attributi

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A volte l’informazione geografica appare in modo indiretto, non tramite coordinate geografiche, ma tramitedescrizione di altre entità spaziali di cui o non serve conoscere coordinate geografiche, o si suppone diconoscerle da un’altra fonte. Casi tipici sono l’indirizzo (Via e Numero Civico) o il Codice di AvviamentoPostale. Quando la parte “Gegrafica” di una serie di oggetti è espressa in modo indiretto, alcune operazionigeografiche si possono eseguire con una ricerca tabellare, per altre, invece, occorre sempre ricorrere alleoperazioni che utilizzano le coordinate.

Sia data la seguente tabella:

Num.record

Cognome e nome Via Num.Civico

Città Età

1 Pierini Giuliana Ottone Rosai 3 Pisa 272 Archi Rita della Repubblica 5 Pisa 353 Bargiacchi Eneo Ottone Rosai 5 Pisa 284 Termia Emanuele Ottone Rosai 17 Pisa 525 Francia Paolo del Mercato 4 Pisa 45

Si tratta di un semplice indirizzario, dove l’insieme di attributi Via+Numero_Civico+Città (abbreviato in VNC)individua sul territorio un individuo, ma non tramite coordinate, bensì tramite un sistema di riferimentoindiretto che può essere utilizzato direttamente da chi conosce la Città, ma può essere anche trasformato incoordinate conoscendo una mappa della città. Sui dati codificati in maniera indiretta si possono compiere operazioni non geografiche di ricerca tabellare,come ad esempio:

Quante persone hanno età compresa tra 20 e 30 anni ? oppure operazioni geografiche eseguibili tramite una ricerca tabellare; ad esempio:

Quante persone abitano in Via Rosai ? mentre altre operazioni, anch’esse geografiche, richiedono di poter appoggiare su una mappa l’informazioneVNC, trasformandola in coordinate, come ad esempio:

Chi abita più vicino a Paolo Francia ?

1.2.1 - Cartografia e GIS Dall’analisi di una cartografia disegnata è possibile comprendere come sul foglio siano disegnati oggetti con

una simbologia tale da permetternel’associazione a entità fisiche realmentepresenti sul territorio. La tecnica di disegnopermette di riconoscere il tipo di entità delmondo reale. In una logica GIS è necessario cercare dicomprendere il significato dei vari oggettipresenti sulla carta in modo da poter definireclassi di oggetti e rappresentarliadeguatamente con gli strumenti informaticiche abbiamo a disposizione. Sulla carta vediamo vari oggetti con leseguenti caratteristiche:1. tipologia2. localizzazione3. forma4. attributi5. relazioni spaziali.6. tecnica di disegno

Su una carta le informazioni territoriali sono riportate secondo imodelli e gli strumenti espressivi del cartografo. Poiché il mondo GISha altri modelli e altri strumenti espressivi, la trasposizione diinformazioni da una carta ad un DataBase territoriale richiedeun’analisi attenta dell’informazione presente sulla carta.

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TipoSulla carta un oggetto viene identificato dal modo in cui èdisegnato: tale informazione si trova, in un sistema GIS,nel fatto che l’oggetto viene archiviato all’interno di unostrato dedicato a lui e agli oggetti dello stesso tipo in fasedi progettazione del sistema. (p. es. la definizione di unostrato nel quale andranno archiviati gli oggetti edificioresidenziale ed un altro per gli edifici industriali)

LocalizzazioneLa localizzazione di un oggetto è definita da dove si trovail disegno dell’oggetto all’interno di un sistema diriferimento: in un sistema GIS la localizzazione è definitain modo completo dalle coordinate delle primitivegrafiche che descrivono l’oggetto.

FormaLa forma di un oggetto sulla carta è insita nel graficismo (curve e segmenti) e, nel caso dei segmenti, dagliangoli che essi formano tra di loro; all’interno di un sistema GIS la forma è memorizzata nella partegeografica dell’oggetto; essa viene percepita facilmente dall’operatore in caso di disegno, ma è molto piùdifficile risalire alla forma dell’oggetto direttamente dall’analisi delle coordinate.

AttributiSulla carta sono presenti i genere pochissimi attributi associati agli oggetti, o desumibili dalla tecnica didisegno o scritti come toponomastica; quelli presenti vengono ovviamente inseriti nella parte descrittivadell’oggetto.

Rapporti con altri oggettiI rapporti di un oggetto con altri oggetti sono percepiti, su una carta, dalla vicinanza o meno tra elementigrafici, dalla loro densità, dal loro allineamento, ecc.; questo tipo di informazione, in certi casi, è moltoimportante per un sistema GIS per cui alcuni rapporti spaziali tra oggetti vengono memorizzati in modoesplicito nella parte geografica del dato. Il modo con cui questo avviene dipende anche dal tipo di softwareutilizzato.

Tecnica di disegnoLa tecnica di disegno di un oggetto, informazione primaria nella preparazione di una carta, non èun’informazione relativa alla semantica dell’oggetto, ma alla sua rappresentazione secondo una certaconvenzione: essa pertanto non trova posto, in un sistema GIS, né tra gli attributi, né nella parte geografica.Tuttavia la tecnica di disegno è quella che ci permette di definire la tipologia di un’entità e anche qualcheattributo relativo all’entità è desumibile dallatecnica di disegno.Il caso delle barbette è degno di specialeattenzione: si tratta di un’informazionemorfologica di grande dettaglio. Tuttaviatrattandola come un’informazione morfologicanon si saprebbe come rappresentarla, inquanto è un’informazione qualitativa. Potrebbeessere un “attributo” dell’oggetto a cui siappoggiano (fiume o strada), ma nella realtàquesta soluzione non è adottata.L’oggetto “barbetta”, in genere, o vieneacquisito soltanto per essere ridisegnato o piùspesso viene ignorato.

Tipo: Archiviazione degli oggetti su strati dedicati

Alcune entità territoriali non si trasportano con facilità dalla carta al mondoGIS: il caso tipico è quello delle “barbette” che indicano le scarpate.

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Quando occorre disegnare un oggetto è necessario usare alcuni elementi grafici. L’associazione tra unoggetto gestito da uno strumento GIS e gli elementi grafici usati per disegnarlo avviene tramite tabelle ditranscodifica (look-up table)

Le tabelle di transcodifica non sono univoche e si possono usare tabelle diverse per disegnare lo stessooggetto in funzione della scala e/o delle finalità del disegno.Una tavola di look-up, intesa come associazione tra tipo e caratteristiche di un’entità e la suarappresentazione, ricorda molto la “legenda” di una carta disegnata. In realtà le due cose sono una l’oppostodell’altra: su una carta disegnata la legenda permette, data la tecnica di disegno, di riconoscere il tipo dioggetto e le sue caratteristiche; in uno strumento GIS la tavola di look-up permette, dato un oggetto e le suecaratteristiche, di definire una tecnica di disegno.Gli elementi per cui la tecnologia GIS supera la cartografia disegnata sono molti. Escludendo quelli legati altrattamento numerico dei dati, i più evidenti sono• la capacità di gestire un numero teoricamente infinito di strati informativi• la capacità di gestire entità con un numero teoricamente infinito di attributiin pratica la possibilità di gestire una quantità di informazione enormemente maggiore.In termini concettuali inoltre la tecnologia GIS permette un’astrazione degli oggetti che prescinde dalla lorotecnica di rappresentazione.

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1.2.2 - Le fonti dell'informazione territoriale

Fino a pochi anni fa la carta disegnata (ora detta tradizionale) era il prodotto finale di un rigoroso processocostruttivo. Oggi l'espressione grafica, la carta di carta per intenderci, è solo una fra le molteplici forme chepuò assumere la cartografia allestita in forma numerica. Oltre a raggiungere altissime precisioni d'impianto,la carta numerica è infatti sinonimo di banca dati: tutti gli elementi costitutivi sono classificati secondo livelligerarchici e codici che definiscono serie omogenee di oggetti. Attraverso la struttura dei dati è possibilecreare nuove elaborazioni tramite incroci, isolamento, separazione dei livelli; calcolare perimetri, superfici,volumi; costruire carte derivate, immagini tridimensionali, sezioni, prospettive variabili. E' importante dire chenon si tratta di carta tradizionale digitalizzata: la base geometrica viene costruita con dati acquisitidirettamente in forma numerica attraverso le operazioni di restituzione cartografica.L'acquisizione avviene utilizzando come sorgente il modello aerofotogrammetrico e lo strumento restitutore

come digitalizzatore a tre dimensioni.

Le fonti di informazione di dati territoriali possono essereelencate secondo diversi criteri.

Possiamo dividere le fonti di informazione di datiterritoriali in due tipi:• quelle in cui il dato non è in un formato tale dapoter essere usato da un elaboratore• quelle in cui il dato è già in formato numerico.

Chiameremo le prime fonti analogiche e le secondefonti numeriche.

La prima operazione da fare quando si ha a che fare conuna fonte analogica è la transcodifica del dato da unsupporto in genere cartaceo ad un supporto informatico. Successivamente il dato, adesso in formato numerico,viene sottoposto ad una serie di processi che lo rendonoadatto ad essere inserito in un certo DataBasegeografico. Infatti il DataBase geografico di un certoSistema sarà stato costruito secondo certe regole (regoleriguardanti la semantica, un sistema di riferimento, uno

standard di documentazione, ecc.) e i dati che vanno inseriti in tale Sistema devono rispettare quelle regole.I dati che sono già disponibili in formato numerico non hanno ovviamente bisogno del primo passo (latranscodifica), ma, indipendentemente dalla loro qualità, dovranno sicuramente essere sottoposti anch’essial processo di normalizzazione tipico del Sistema dove andranno inseriti.Un caso abbastanza comune è quello in cui alcuni dati territoriali hanno la parte geografica su un supportoanalogico e quella descrittiva disponibile in formato numerico. Si pensi ad esempio al caso dei dati censuari,dove la parte descrittiva è disponibile in forma di tabelle già informatizzate, mente la parte geografica èdisponibile solo sulle carte.I dati sono formati da una parte grafica e da una alfanumerica. Le due parti a volte convivono nel documentooriginale, altre volte sono separate. Se pensiamo per esempio all'oggetto Comune, cioè l'entitàamministrativa geograficamente definita cui sono associati moltissimi parametri, vediamo che la fonte dellaparte geografica del dato (carta IGM o altro) è diversa dalla fonte della parte alfanumerica (ISTAT, archiviamministrativi, ecc.).I dati da acquisire sono prevalentemente dati di tipo coordinate e dati alfanumerici, ma all’interno di unsistema complesso è immaginabile di dover acquisire anche altri tipi di dati (dati multimediali, grafici, disegni,ecc.).

Dati provenienti da fonti analogiche necessitano di unprocesso di transcodifica e di uno di normalizzazionenecessario, quest’ultimo, anche ai dati già in formatonumerico.

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1.2.3 - La georeferenziazione

I diversi sistemi di riferimento (datum), adottati nel tempo in Italia nella produzione cartografica, determinanosensibili spostamenti delle coordinate dei punti rappresentati. In alcuni casi lo spostamento è evidente. E’indispensabile conoscere il “datum” del supporto cartografico adottato e convertire, mediante appropriatialgoritmi, le coordinate dei punti trattati successivamente.Il termine georeferenziazione ereditato dalla lingua anglosassone ed ormai pienamente acquisitonell’ambiente geografico, condensa in sé diversi concetti fondamentali. Nella sua essenza, lageoreferenziazione indica il correttoposizionamento dei dati e conseguentementedelle informazioni associate, in un determinatosistema di riferimento geografico. E’indispensabile conoscere il sistema diriferimento adottato e convertire le coordinate,se necessario, per evitare errori nellarappresentazione delle informazioni.Operativamente si basa su un’equazione chelega le coordinate “vecchie” con le “nuove”.Tale equazione viene ricavata da dei punti(GCP Ground Control Points) individuati siacome coordinate immagine (riga e colonna)che come coordinate geografiche.I punti di controllo per una correttageorefenziazione devono essere minimo 4 per poter calcolare un errore stimato che rappresenta ladifferenza tra dove dovrebbe trovarsi il punto di controllo e dove è stato individuato.Si può ridurre un errore troppo grande aumentando i punti di controllo.

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1.2.4 – Acquisizione delle fonti di informazione territoriale

Riportiamo di seguito, tramite tabelle, un elenco basato sull’analisi dei documenti e strumenti da cui i datiprovengono.Le tabelle riportano nella prima colonna l’origine del dato (documento o strumento), nella seconda il tipo didato che può essere acquisito,

Il primo caso è quello in cui il documento di origine è una cartografia disegnata (fonti tradizionali),

qualunque sia il suo tipo.

Da una cartografia disegnata possiamo innanzitutto acquisire elementi di tipo vettoriale(punti, linee e aree)che rappresentano certi tipi di entità. In alcuni casi le primitive geometriche vengono acquisite così comesono disegnate, in altri casi è necessaria una reinterpretazione geometrica, in altri è necessaria anche unareinterpretazione tematica.Nella cartografia disegnata sono riportate, con un’apposita rappresentazione, grandezze che abbiamodefinito di tipo “campo”, cioè grandezze definiti su tutto lo spazio, di cui si riportano i valori in alcuni punti. Inquesto caso il procedimento corretto consiste nell’acquisizione dei valori delle grandezze “campo” nei puntiove sono noti, nella loro rielaborazione e nella rappresentazione finale della grandezza secondo il modelloraster. Infine, con un processo di scansione, possiamo acquisire l’intero documento cartografico come“immagine cartografica” e sottoporlo quindi ad un processo di georeferenziazione.1

1 Per georeferenziazione si intende la procedura software che consiste nel posizionare, mediante punti a coordinate note (punti dicontrollo), dati vettoriali o immagini raster nella rispettiva zona del territorio reale, secondo un determinato sistema di riferimento.

Da una cartografia disegnata possiamo estrarre informazioni di tipovettoriale, di tipo “campo” e infine l’immagine rasterizzata del documentocartaceo o “immagine cartografica

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Un altro documento da cui possiamo estrarre informazione territoriale è l’immagine ripresa dall’alto, ingenere una foto aerea, ma anche di fonte satellitare.

Anche in questo caso parliamo unicamente di dati su supporto cartaceo, e quindi di fonti analogiche. Daquesto tipo di documento possiamo estrarre, come nel caso della cartografia, elementi vettoriali, ma mentresulla carta i dati sono già “interpretati”, nel caso della foto questo processo deve essere compiuto.L’operazione, che richiede un esperto disciplinare, può essere compiuta in diversi modi. Occorresottolineare in questo caso il processo classificato come “aggiornamento per fotorestituzione a video”, inquanto costituisce un ottimo complemento al più costoso procedimento di produzione cartografica.Quest’ultima, per motivi di costo, può essere prodotta a intervalli di 10-15 anni, a seconda della scala, ma inquesto periodo si opera comunque con informazione datata, e questo è tanto più critico quanto maggiore èla scala. Il processo di “aggiornamento per fotorestituzione a video”, basato anche su immagini satellitari, dàla possibilità di aggiornare per esempio a livello annuale e con costi contenuti il primo impianto cartografico.Il risultato non avrà le stesse qualità metriche, ma i vantaggi dell’aggiornamento saranno comunquesuperiori a questo svantaggio. L’immagine della foto aerea, acquisita tramite scanner e georeferenziata, puòessere inserita in un Sistema come dato raster, cioè come immagine georeferenziata che descrive il territoriotramite la sua rappresentazione diretta; sarà compito dell’operatore leggere l’immagine ed estrarne leinformazioni opportune. Infine, con un processo proprio della fotogrammetria, è possibile trattare coppie difotoaeree e, dopo alcune elaborazioni, ottenere un modello digitale del terreno, in formatoraster.

Da foto aeree su supporto cartaceo è possibile estrarre informazionivettoriali, ma, rispetto al caso della cartografia, occorre prevedere unprocesso di interpretazione. Da tali immagini è possibile ottenere inoltre,tramite tecniche fotogrammetriche, modelli digitali del terreno

Esempio di foto da satellite

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Un altro tipo di fonte consiste in immagini ottenute da piattaforma aerea, ma non come nel caso precedente,su supporto cartaceo, bensì tramite uno scanner aviotrasportato, e quindi direttamene su supportonumerico.

L’informazione può sembrare la stessa della foto aerea, ma in genere i due tipi di dati differiscononotevolmente; infatti l’immagine su supporto cartaceo ha un’acutezza geometrica migliore, mentrel’immagine ripresa da scanner ha una maggiore ricchezza spettrale.. Come nel caso della foto su supportocartaceo, è possibile interpretare l’immagine ed estrarre dati vettoriali e ugualmente potremo avere un datoraster georeferenziato. Tuttavia sarà possibile, in questo caso, anche avviare processi di classificazioneautomatica, a causa della ricchezza spettrale, ed ottenere, tramite le tecniche di elaborazione di immagini,carte tematiche; al contrario, per la limitata risoluzione geometrica, modelli digitali del terreno, ottenibiliperaltro in modo completamente automatico, non avranno un’accuratezza eccessiva.

Oltre ai tre tipi di documenti esaminati, è possibile acquisire informazione territoriale reinserirla in un Sistemasecondo altri metodi.

Una fonte di informazione importante consiste nella disponibilità di archivi alfanumerici che riportanocaratteristiche descrittive (attributi) di dati territoriali. Si tratta di fonti sia analogiche che numeriche; nel primocaso la numerizzazione può avvenire tramite digitalizzazione tradizionale o, se la qualità di stampa è buona,

Se l’immagine è di ingresso proviene da scanner, la notevole ricchezzaspettrale permette processi di classificazione automatica.

Oltre ai documenti tipici (carte e foto aeree) è possibile recuperareinformazione territoriale e inserirla in un Sistema secondo diversi altrimetodi.

Esempio di immagine da scanneraviotrasportato

Esempio di fotografia ripresa a livello campagna

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tramite lettori automatici di caratteri (OCR). Sarà poi necessario creare i legami tra questi dati e le primitivegeometriche acquisite con altri processi.Il rilevamento di dati sul campo è un’altra importante fonte di informazione; accanto agli strumentitradizionali, sta diventando sempre più diffuso, in questo campo, utilizzo del GPS. Un ulteriore documentoche può essere inserito in un Sistema di trattamento di dati geografici consiste nell’immagine fotografica,cioè la fotografia tradizionale, ripresa dal piano campagna, che descrive un panorama, un oggetto, unaqualunque scena. È possibile rasterizzare fotografie esistenti o acquisire immagini direttamente tramitemacchina fotografica digitale e inserirle quindi nel Sistema creando gli opportuni collegamenti con gli oggettiterritoriali corrispondenti.Gli Enti pubblici istituzionali, ma anche quelli non istituzionali e perfino soggetti privati si sono affacciati almercato dell’informazione geografica offrendo sia dati grezzi che dati elaborati anche di buona qualità; inmolti casi dati e servizi associati sono offerti a titolo gratuito e Internet costituisce il veicolo di comunicazioneprivilegiato.Esiste quindi la possibilità di acquisire dati geografici da fornitori esterni. Possono per esempio essereacquisiti dati quali grafi stradali, rete viaria urbana e extraurbana, limiti amministrativi poligonali e localitàabitate puntuali con toponimi

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1.3 Il Telerilevamento e i GIS

Il telerilevamento da satellite rappresenta un'importante fonte informativa per un Sistema InformativoGeograficoCon il termine generico di Telerilevamento si comprendono numerose tecniche per l’acquisizione edelaborazione di informazioni di vario tipo relative a superfici planetarie. Storicamente il Telerilevamento sisviluppó a partire dalla fine dell'Ottocento con le prime riprese fotografiche da mezzi aerei, utilizzateprincipalmente per scopi militari. In quei tempi il vantaggio di questa tecnica risiedeva nella capacitá diacquisire informazioni spesso non altrimenti ottenibili se non con costi e tempi molto maggiori. Negli anni '60,con la corsa allo spazio da parte delle due superpotenze, nacque il Telerilevamento da piattaforme spaziali,anch’esso inizialmente impiegato per scopi militari ma successivamente dedicato allo studio delle atmosferee superfici planetarie. Si comprese rapidamente come lo studio della superficie terrestre poteva beneficiaredell’osservazione dallo spazio e, dopo le prime esperienze degli anni '60 con strumentazione manovratadall’uomo (sulle piattaforme Mercury, Gemini, Apollo e Soyuz), venne lanciato il primo satelliteespressamente dedicato all’osservazione sistematica della superficie terrestre: il Landsat-1. Era il 1972.Oggi il Telerilevamento é un settore in continua evoluzione, in cui gli ambiti applicativi si espandono di paripasso con i progressi della ricerca tecnologica. Le risoluzioni di osservazione sono arrivate a valori moltoelevati anche per i satelliti commerciali e le varie regioni dello spettro elettromagnetico sono utilizzate dasensori tematici multibanda per misurare in modo sempre piú accurato i parametri descrittivi di importantifenomeni naturali e antropici.

1.3.1 Cos’è il telerilevamento

Ogni qualvolta si osserva lo schermo del computer si è a tutti gli effetti coinvolto in un'operazione ditelerilevamento.Qualcosa di fisico (la luce) viene emesso dallo schermo (unasorgente di radiazioni) e attraversa lo spazio (quindi è inqualche modo "a distanza") fino a quando non incontra ed ècatturato da un sensore (gli occhi) che invia un segnale ad unprocessore (il cervello). Gli organi di senso dell'uomo prendonocoscienza del mondo esterno quasi esclusivamente attraversola ricezione di una grande varietà di segnali emessi o riflessi,attivamente o passivamente, da oggetti che trasmettonoinformazioni sotto forma di onde o impulsi. Si percepisconodunque come suoni quelle perturbazioni dell'atmosfera che sipropagano con moto ondoso, si sperimentano sensazioni qualiil calore (sia attraverso il contatto diretto che a mezzo dienergia irradiata), si reagisce ai segnali chimici provenienti dalcibo con il gusto e l'olfatto, si è consapevoli delle proprietà dicerti materiali quale la ruvidezza grazie al tatto, e si è in grado di riconoscere forme, colori, posizioni relativedi oggetti esterni e tipologie di materiali attraverso il campionamento della luce visibile che da essi proviene.Tutte le sensazioni incluse nella lista precedente che non sono indotte da contatto diretto sono frutto di unrilevamento a distanza (telerilevamento).

In pratica però non pensiamo ai nostri sensi corporei come a sensori a distanza nella loro rigorosadefinizione tecnica. Tale definizione formale e completa del telerilevamento è riportata di seguito:

L'acquisizione e la misura di dati/informazioni relativi a proprietà di un fenomeno, oggetto, o materiaattraverso uno strumento di registrazione non in stretto contatto fisico con l'oggetto di analisi; la tecnicacomprende la maturazione di conoscenze sui diversi ambienti attraverso la misura di campi di forza, diradiazione elettromagnetica, o di energia acustica utilizzando macchine fotografiche, sistemi laser, ricevitoria radio frequenza, sistemi radar, sonar, dispositivi termici, sismografi, magnetometri, gravimetri, scintillatori ealtri strumenti.

Si tratta di una definizione piuttosto lunga e generale. Probabilmente una definizione più semplice sarebbe: iltelerilevamento è una tecnologia basata sul campionamento della radiazione e dei campi di forza volta adacquisire ed interpretare dati geospaziali per derivare informazioni su attributi, natura degli oggetti e tipologiepresenti sulla superficie terrestre, negli oceani e nell'atmosfera (e, quando possibile, sulla superficie di altripianeti).

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O ancora si potrebbe dire: il telerilevamento implica la rivelazione e la misura di fotoni di diverse energieprovenienti da materiali situati a distanza dal rivelatore, giungendo in tal modo ad identificarli e categorizzarliper tipologia, composizione e distribuzione spaziale.Tutte queste definizioni sono valide e, considerate nell'insieme, dovrebbero fornire un'idea ragionevole delsignificato e dell'utilizzo del termine "telerilevamento".

Nel telerilevamento viene fatto uso di strumenti o sensori in grado di "catturare" le relazioni spaziali espettrali di oggetti ed elementi osservabili a distanza, tipicamente dall'alto. In genere siamo abituati aguardare il nostro pianeta da un punto di vista più o meno orizzontale vivendo sulla sua superficie. In questecondizioni ovviamente la nostra vista è limitata a piccole aree anche a causa di ostacoli come edifici, alberi erilievi topografici. Il nostro campo di vista è largamente ampliato se guardiamo dall'alto di un edificio elevatoo dalla cima di una montagna e cresce ulteriormente se guardiamo da un aereo che viaggia alla quota di10.000 metri. Da una prospettiva verticale o alta obliqua, la superficie al di sotto ci appare notevolmentedifferente rispetto a quando la guardiamo dalla superficie stessa. In questo modo vediamo l'insieme deglielementi della superficie come apparirebbero su una mappa tematica nelle loro relazioni spaziali.Questo è il motivo per il quale il telerilevamento utilizza più spesso piattaforme come quelle aeree esatellitari con sensori a bordo in grado di rilevare e analizzare aree estese.

1.3.2 Satelliti e sensori

Nel telerilevamento viene fatto uso di strumenti o sensori in grado di "catturare" le relazioni spaziali espettrali di oggetti ed elementi osservabili a distanza, tipicamente dall'alto. In genere siamo abituati aguardare il nostro pianeta da un punto di vista più o meno orizzontale vivendo sulla sua superficie. In questecondizioni ovviamente la nostra vista è limitata a piccole aree anche a causa di ostacoli come edifici, alberi erilievi topografici. Il nostro campo di vista è largamente ampliato se guardiamo dall'alto di un edificio elevatoo dalla cima di una montagna e cresce ulteriormente se guardiamo da un aereo che viaggia alla quota di

10.000 metri. Da una prospettiva verticale o alta obliqua, lasuperficie al di sotto ci appare notevolmente differente rispetto aquando la guardiamo dalla superficie stessa. In questo modovediamo l'insieme degli elementi della superficie comeapparirebbero su una mappa tematica nelle loro relazioni spaziali.Questo è il motivo per il quale il telerilevamento utilizza piùspesso piattaforme come quelle aeree e satellitari con sensori abordo in grado di rilevare e analizzare aree estese.

Gli strumenti di ripresa si distinguono in: sensori attivi - nel caso in cui la piattaforma satellitare

emetta essa stessa la fonte di energia che colpisce l’oggetto sullasuperficie terrestre (per es. il radar ad apertura sintetica delsatellite ERS1)

sensori passivi - nel caso in cui la fonte di energia èesterna al satellite; può essere, per esempio, l’energiasolare riflessa dalla superficie terrestre nel visibile enell’infrarosso vicino (rilevata per es. daisensori del satellite SPOT), o l’energia emessa daglioggetti della superficie terrestre nell’infrarosso termico(rilevata per es. dalla banda 6 del satellite Landsat 5,sensore TM2).I sensori passivi satellitari registrano l’energiaproveniente da una porzione della superficie terrestre indiversi intervalli di lunghezze d’onda dello spettroelettromagnetico, detti “bande spettrali”. Per semplificarel’archiviazione informatica dei dati, i valori registrati perogni porzione di superficie vengono convertiti in numeriinteri generalmente compresi

tre 0 e 255. Tali numeri vengono detti “valori digitali” (DN3).In generale un’immagine da satellite di questo tipo è una rappresentazione planare di una scena reale, e puòessere descritta matematicamente come una matrice in cui ogni elemento (detto pixel da “picture element”) è

Sensori passivi

Sensori attivi

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definito dalle coordinate x,y del piano della rappresentazione a cui è associata una informazione, ossia ilvalore digitale in una banda di acquisizione.Il dato satellitare è quindi un dato numerico digitale, che può essere sottoposto ad una serie di elaborazioni.Le immagini da satellite con sensori ottici passivi, utilizzate per la produzione di cartografia della coperturadelle terre, sono ottenute misurando la radiazione solare riflessa dalla superficie terrestre in una serie dibande spettrali situate tra il visibile (0.4 µm) e l’infrarosso medio (2.6 µm). Ogni immagine è costituita da unaserie di bande, a loro volta composte da una griglia di elementi (pixel), per ognuno dei quali è stata effettuatauna misura in ogni banda spettrale. Poiché la riflettività delle superfici nelle varie lunghezze d’onda dipendedalle loro caratteristiche, analizzando i valori dei pixel nelle immagini da satellite è possibile dedurre il tipo(“classe”) di copertura delle superfici corrispondenti. Questa procedura di elaborazione, detta classificazione,consente di attribuire ad ogni elemento dell’immagine un codice rappresentativo di una classe di coperturadella superficie, creando così una vera e propria mappa tematica digitale. Tale lavoro di interpretazione puòvenire effettuato, a seconda del tipo di indagine che si sta intraprendendo, interamente da un operatoretramite una fotointerpretazione, o tramite una procedura di analisi computerizzata basata su algoritmi di tipostatistico (classificazioni semi-automatiche o supervised).Per comprendere la teoria su cui si basano le procedure di classificazione semi-automatica è quindinecessario esaminare prima le caratteristiche di riflettività delle superfici, argomento trattato nel prossimoparagrafo.

1.3.3 La risposta spettrale delle superfici

Si definisce riflettività di una superficie il rapporto adimensionale tra l’energia radiante incidente sullasuperficie stessa e l’energia radiante da essa riflessa in una certa lunghezza d’onda.Ogni superficie interagisce in modo diverso con l’energia elettromagnetica incidente su di essa, ed è quindicaratterizzata da una diversa riflettività al variare della lunghezza d’onda, ossia da una diversa curva diriflettività spettrale. I dati sperimentali ottenuti su vari tipi di superfici nelle lunghezze d’onda in cui operano iprincipali satelliti per l’osservazione della Terra, ossia quelle comprese tra il visibile e l’infrarosso medio,mettono in evidenza che superfici di tipo analogo sono caratterizzate da curve con andamento simile. Inparticolare si possono distinguere tre categorie principali di superfici riflettenti, ossia suoli nudi,superfici vegetate e superfici d’acqua. Le loro curve caratteristiche di riflettività spettrale sono riportate nellaFigura 1, riportata di seguito.Dal loro andamento si nota che: l’acqua assorbe gran parte della radiazione solare incidente nel visibile (0.4 - 0.7 µm) riflettendone

generalmente meno del 10%, mentre nell’infrarosso assorbe virtualmente tutta la radiazione incidente.La riflettività dell’acqua può aumentare in presenza di materiale in sospensione, oppure su acque pocoprofonde a causa della riflettività del fondale. I suoli hanno riflettività che aumenta all’aumentare della lunghezza d’onda, con una serie di minimi

centrati approssimativamente a 1.4, 1.9 e 2.7 µm, causati da un elevato assorbimento dell’energiaradiante da parte dell’acqua contenuta nel suolo. La vegetazione ha una curva tipica più complessa. Nel visibile si ha un picco di riflettività nel verde ed un

minimo nel rosso. A questo fa seguito un notevole incremento di riflettività, che resta elevata intutto l’infrarosso vicino. Nell’infrarosso medio la riflettività diminuisce all’aumentare della lunghezza d’onda,

con minimi posizionati a 1.4, 1.9e 2.7 µm causati, come nel casodei suoli, dall’assorbimentoda parte dell’acqua, in questocaso contenuta nelle foglie.La figura descrive l’andamentogenerale delle curve di riflettivitàspettrale di acqua, suoli evegetazione. Analizzando larisposta spettrale di variesuperfici dello stesso tipo si notaun andamento simile condifferenze nell’altezza relativadei picchi, dovute allecaratteristiche peculiari dellesingole superfici. Per esempio,la vegetazione di tipo erbaceo

generalmente riflette più della vegetazione arborea nel rosso,

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cosicché la curva di un prato sarà simile a quella di un bosco, ma con un picco di riflettività nel rosso piùelevato di quello del bosco.A parità di tipo di superficie, le curve di riflettività sono anche influenzate da altre caratteristiche dellesuperfici stesse. Nel caso dell’acqua, è già stato accennato che la riflettività aumenta al crescere della torbidità

(sedimenti, pigmenti, clorofilla) e della profondità. Nel caso della vegetazione, i principale fattori che influenzano la risposta

spettrale sono:- la densità di copertura nell’elemento di immagine (pixel): se nell’area corrispondente ad un pixel lavegetazione è rada, la sua risposta spettrale sarà una via di mezzo tra le curve della vegetazione e quelladel suolo sottostante; - lo stadio di sviluppo della vegetazione: al momento della ripresa, come vedremo in seguito, la curva diriflettività della vegetazione varia durante il ciclo fenologico;- lo stato di salute della vegetazione: il diminuire della attività fotosintetica nelle piante sofferenti porta ad unadiminuzione della riflettività.n Nel caso dei suoli, la curva di riflettività è influenzata principalmente dal contenuto d’acqua (vedi Figura 1),ed in misura molto minore dalle caratteristiche dei suoli, quali tessitura, granulometria, contenuto in materiaorganica, presenza di particolari minerali, ecc. (Baumgardner et alii, 1985).In sintesi, l’andamento di una curva di riflettività spettrale fornisce indicazioni molto precise sullecaratteristiche della superficie corrispondente.Purtroppo, come si può vedere dalla Figura 1, i satelliti per l’osservazione della Terra più comunementeutilizzati al momento della stesura del presente documento, il Landsat Thematic Mapper (TM) e lo SPOTHRV acquisiscono solo in un numero molto limitato di intervalli di lunghezze d’onda.Per individuare le superfici riflettenti presenti nell’immagine non abbiamo quindi a disposizione le interecurve di riflettività spettrale, ma solo una serie limitata di punti: 6 per il TM e 3 per l’HRV. Il modo in cuiquesti dati vengono analizzati è descritto nei paragrafi successivi.Lo spazio delle bande spettrali Per comprendere il modo con cui vengono analizzati i dati telerilevati per lacaratterizzazione delle superfici è necessario introdurre un nuovo strumento di lavoro: lo spazio delle bandespettrali.Le misure di flusso di energia radiante proveniente dalla superficie terrestre effettuate dai sensori satellitarivengono convertite in valori digitali (DN) ossia numeri interi compresi, nel caso dei satelliti citati inprecedenza, tra 0 e 255. Ad ogni pixel dell’immagine è quindi associata una serie di valori digitali, uno perogni banda spettrale. Per rappresentare questa serie di misure viene utilizzato uno spazio cartesianomultidimensionale, detto spazio delle bande spettrali ( feature space) in cui ogni asse rappresenta una dellebande spettrali dell’immagine.Ogni pixel dell’immagine è rappresentato da un punto nello spazio delle bande, le cui coordinate sono i valoridigitali del pixel nelle bande. Si noti che in questa rappresentazione vengono perse le informazionisulla posizione spaziale del pixel nell’immagine. Per esemplificare l’utilizzo dello spazio delle bandeconsideriamo una rappresentazione bidimensionale delle bande del rosso e dell’infrarosso vicino (Figura 2).Nel paragrafo precedente abbiamo visto che superfici dello stesso tipo sono caratterizzate da curve diriflettività spettrale con andamento analogo, e quindi da valori “vicini” nelle bande spettrali in cui il sensoreacquisisce.Se si riportano nel grafico i valori dei pixel di una immagine acquisita su un’area in cui sono presenti i tipiprincipali di superfici riflettenti si ottengono infatti dei raggruppamenti di punti; per identificare le superficicorrispondenti si può confrontare la posizione dei gruppi di punti nel grafico con quelle delle superficivegetate, dei suoli nudi e dell’acqua ottenute dalle curve spettrali della Figura 1:n l’acqua riflette poco nel rosso e quasi nulla nell’infrarosso vicino, quindi i pixel corrispondenti a superficicoperte d’acqua sono posizionati vicino all’origine degli assi;n i suoli sono caratterizzati da valori digitali leggermente superiori nell’infrarosso vicino che nel rosso, e sonoquindi localizzati lungo la diagonale del grafico;n la vegetazione ha valori nell’infrarosso vicino molto maggiori che nel rosso, e quindi i pixel corrispondentisono posizionati nell’angolo in alto a sinistra del grafico. In particolare, si nota la distinzione tra i valori deipixel corrispondenti alla vegetazione arborea ed alle colture.Il problema del riconoscimento del tipo di superficie corrispondente ad un pixel dell’immagine può quindiessere tradotto nella assegnazione di un pixel ad uno di questi gruppi in base alla sua posizione nello spaziodelle bande.Naturalmente la rappresentazione di immagini nello spazio delle bande non è mai così semplice infatti nelleimmagini sono sempre presenti pixel ottenuti da superfici miste; per esempio, la risposta spettrale di unazona di transizione tra un’area completamente coperta dalla vegetazione ed un’area spoglia è intermedia traquella della vegetazione e quella del suolo nudo. Nello spazio delle bande i valori di transizione saranno

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posizionati tra i due gruppi di punti rappresentativi di vegetazione e suolo, rendendo difficile la lorodiscriminazione.Un altro problema nella identificazione delle superfici con questo criterio, che verrà ripreso nei paragrafisuccessivi, riguarda la valutazione dei tipi di superfici che è possibile identificare nella immagine.Infatti i raggruppamenti nello spazio delle bande identificano superfici con diverse caratteristiche di riflettività,mentre non è detto che queste superfici siano le stesse che interessa identificare. Ad esempio, acque concaratteristiche di torbidità molto diverse formeranno due gruppi ben distinti nello spazio delle bande, ma nellecarte di uso del suolo questa discriminazione generalmente non è richiesta. Al contrario, può essererichiesto di discriminare due tipi di colture che hanno riflettività simile: i pixel corrispondenti formeranno ununico gruppo nello spazio delle bande e quindi non saranno discriminabili con questa procedura.La letteratura propone diversi metodi di classificazione delle immagini basati sull’analisi dei raggruppamentidi valori nello spazio delle bande. I paragrafi successivi trattano in dettaglio l’unica procedura universalmenteaccettata come standard di produzione al momento attuale, la classificazione “guidata” tramite l’algoritmo dimassima verosimiglianza.

1.3.4 Utilizzo della classificazione guidata per la discriminazione territoriale: il caso della regionePiemonte

La procedura di classificazione semiautomatica o “guidata” ( supervised classification) è la più utilizzata perl’estrazione di informazioni quantitative da immagini telerilevate (Lillesand e Kiefer, 1987; Mather, 1987;Richards, op. cit.).La classificazione guidata si basa sull’utilizzo di dati di verità al suolo per definire i valori tipici dei pixel delleclassi da identificare; questo equivale ad identificare le regioni dello spazio delle bande in cui sono localizzatii pixel appartenenti alle classi che si vuole identificare nell’immagine.I pixel vengono poi assegnati alle classi confrontando i loro valori digitali con quelli tipici di ogni classe.Questa operazione equivale ad una analisi della loro posizione rispetto a quella delle regioni corrispondentiad ogni classe nello spazio delle bande, ed è effettuata tramite un algoritmo di classificazione.La letteratura ne propone svariati, di cui uno solo, detto maximum likelihood, verrà analizzato in questocontesto. Al di là della scelta dell’algoritmo, i passi pratici di cui è composta la procedura sono:1. decidere quali classi devono essere identificate nell’immagine (es.acqua, seminativi, foresta, urbanizzato,ecc.); l’insieme delle classi è detto “legenda”;2. scegliere nell’immagine dei pixel rappresentativi di ogni classe in le genda, detti campioni ( training sets),utilizzando dati a terra, foto ae ree, cartografia, ecc. ;3. utilizzare i campioni per stimare i parametri dell’algoritmo di classificazione da usare. Questi parametridefiniscono le regioni corrispondenti alle classi nello spazio delle bande;4. usare l’algoritmo di classificazione per assegnare una classe ad ogni pixel dell’immagine;5. valutare l’accuratezza della classificazione.La terza e la quarta fase corrispondono alla classificazione vera e propria, mentre le prime due sono fasi dipreparazione ( training stages).È importante notare che in questa procedura l’operatore deve identificare i satelliti dedicati a questoprogramma.

Va inserito il link alla regione Piemonte

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1.3.5 Satelliti e sensori più frequentemente utilizzati

Sensori a media risoluzione

Landsat: Il Thematic MapperUn sensore multispettrale più sofisticato chiamato Thematic Mapper , è stato aggiunto al Landsat 4 (1982), 5(1984), e 6 (la missione fallita per non aver raggiunto l’orbita durante il lancio), mentre l'ultima missione,Landsat 7, iniziata il 15 aprile 1999, monta il sensore ETM+ (Enhanced Thematic Mapper), un radiometromultispettrale a otto bande. Questi si trovano su di una piattaforma a tecnologia più avanzata. Sebbenesimile in modalità operative al MSS (che è stato montato anche nella navicella 4 e 5, per una certacontinuità), il TM possiede 7 bande con le seguenti caratteristiche :

BandaNo.

Intervallo di lunghezzad'onda (µm)

Risposta Spettrale Risoluzione(m)

1 0.45 - 0.52 Blu-Verde 302 0.52 - 0.60 Verde 303 0.63 - 0.69 Rosso 304 0.76 - 0.90 Vicino Infrarosso 305 1.55 - 1.75 Medio-Infrarosso 30

6 10.40 - 12.50 InfrarossoTermico 120

7 2.08 - 2.35 Medio-Infrarosso 30

Le sei bande di riflettività ottengono la loro risoluzione ad un'orbita nominale di 705 Km.La banda 1 ha capacità superiori rispetto alla banda 4 dell’MSS nell’identificare alcune caratteristichedell’acqua; inoltre essa permette di mettere assieme color composite quasi naturali. La banda 5 è sensibilealle variazioni nel contenuto d'acqua, sia per le vegetazioni frondose sia per i suoli umidi; essa inoltrepermette di distinguere le nuvole che appaiono scure dalla più luminosa neve. Questa banda risponde anchealle variazioni di contenuto di ossidi di ferro (Fe2 O3) in rocce e suoli presentando un aumento di riflettivitàcorrispondente all’aumento di questa sostanza. La banda 7 reagisce invece al contenuto in umidità ed èparticolarmente indicata per l’individuazione della presenza di minerali idrati (come l’argilla o alcuni prodottidi alterazione) nelle rocce nell'ambito di indagini geologiche.La banda 6 permette di distinguere differenze di temperatura di circa 0.6 °C ed è utile nel discriminare queitipi di rocce le cui proprietà termiche permettono scambi di calore con conseguente differenza nelletemperature di superficie; questa banda può addirittura individuare temperature al suolo legate a variazioninell’umidità e distinguere la vegetazione per il suo raffreddamento dovuto all’evaporazione. La risoluzionespaziale elevata ottenibile con le bande riflettenti è un aiuto notevole nell’individuare elementi e classi le cuiminime dimensioni si mantengono nell’ordine dei 30 m. In questa maniera, case e piccoli edifici che nonpotevano essere visibili con l’MSS si possono spesso ben distinguere.Forma e dimensioni delle immagini TM da Landsat 4 e 5 sono identiche alle immagini MSS. Ad un primosguardo, la qualità e le caratteristiche della scena intera TM dal 4 e 5 sembrano simili a quelle ottenute dall’MSS dopo un'accurata elaborazione al computer, ma in una più attenta analisi le immagini TM appaiono piùdettagliate. Questa somiglianza apparente è legata alla necessità di ricampionare le immagini TM permonitor TV (non in grado di riprodurre tutti i pixels del TM) eliminando alcuni pixels. L’influenza della migliorrisoluzione con il TM (quando non ricampionata) diventa apparente quando le immagini vengono ingranditeo le parti di intere scene vengono estratte e allargate.

Qui di seguito vi sono tre esempi di immagini TM. La prima, in falsi colori (bande 2,3,5 in blu verde e rosso)raffigura una scena di fine autunno delle catene montuose della Californiasud-orientale che giungono fino al Nevada. La larga valle sulla sinistra èla Death Valley con la catena del Panamint sulla sua sinistra.L’ampia catena in alto a destra sono le Spring Mountains ed i colorirossastri indicano la presenza di vegetazione (mista tra sempreverdi ealberi cedui). La parte in basso dell’immagine riprende il lato a Nord deldeserto di Mojave.

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La seconda scena è un ingrandimento a 80 Km di una parte di un’immagine TM del deserto di Sonoran nelMessico nord occidentale ed è illustrata in colori reali (in basso a sinistrasi scorge una piccola parte del Golfo di California). In questa sub-scenaprevalgono dune sabbiose brillanti e crescenti su di un deposito vasto disabbie marine su lava ignea. Le zone scure in alto a destra sono lavevulcaniche mentre l’ammasso scuro a sud ovest di queste è la Sierra delRosario composta da rocce granitiche.

Anche la terza immagine TM è una sub-scena, circa 70 Km per lato, nella zona centro occidentale delMessico. Città del Messico con la più grande popolazione tra le città dell’emisfero occidentale (circa 30milioni), appare in questa immagini a falsi colori in un colore bluastro nella parte in alto a sinistradell’immagine. Poco più a destra nell’immagine ecco comparire un gruppo di vulcani attivi compreso il notoPopocatepetl (oltre 5100 metri).

Per poter fare una comparazione abbiamo riprodotto più o meno lastessa area ripresa nel 1973 dal Landsat MSS. Tira adesso delletue conclusioni sulle differenze di dettaglio tra l’immagine TM el’immagine MSS. Potrai notare che l'estensione di Città delMessico non è poi così inferiore sebbene a quei tempi lapopolazione fosse non superiore ai 7,5 milioni. Le due immaginiconfrontate mostrano un bell’esempio del concetto di “changedetection” ( individuazione dei cambiamenti).

Tutti i Landsats seguono un’orbita quasi polare (inclinata di 9 gradi adovest delle linee di longitudine ; oltrepassando i poli di 8 gradi) e sonoeliosincroni (il satellite passa sulla stessa area della Terra alla stessaora, seguendone quindi la rotazione; in pratica in modalitàdiscendente [da Nord a Sud] esso attraversa l’Equatore ogni volta trale 9,30 e le 10, 00 A.M. ora locale). I Landsats da 1 a 3 compiono 14orbite piene (una dietro l’altra distanziate di 2875 Km verso ovest)ogni giorno e dopo 252 orbite ripetono la stessa copertura al suoloogni 18 giorni ; il Landsat 4 e il Landsat 5 da altezze inferiori (705Km), dopo 233 orbite coprono la stessa area in 16 giorni. Per coprire

l’intera superficie terrestre (poli esclusi), sono necessarie circa 11000 scene.

Landsat 7 ETM+

La piattaforma Landsat 7 è equipaggiata a bordo del nuovo sensore ETM+ (Enhanced Thematic MapperPlus) e ha sostituito l’attuale sensore TM. Oltre ad acquisire in 7 bande spettrali con una risoluzione di 30metri, l’ETM+ ha la capacità di acquisire in una banda pancromatica (0.52 - 0.90 µm) con risoluzionegeometrica di 15 metri. L’altezza di volo è di 705 Km, il tempo di rivisitazione di 16 giorni,, l’orbita èeliosincrona, con un’inclinazione di 98.2 gradi.

Il satellite IRSL’India ha realizzato diversi satelliti per l’osservazione della Terra che, a cominciare da Marzo 1998 con l’IRS1-A, hanno fornito dati nell’ambito del visibile e vicino infrarosso. L’ultimo della serie, l’IRS 1-D è statolanciato il 29 Settembre 1997. Il sensore LISS a bordo di questo acquisisce nelle bande del blu-verde, nelverde, nel rosso e nel vicino infrarosso con 23 m di risoluzione spaziale. Inoltre il satellite è dotato di un

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sensore pancromatico con 5,8 m di risoluzione ed un multispettrale con 188 m di risoluzione in acquisizione"wide field" (a vasto raggio). Qui sotto sono mostrate due immagini recenti acquisite da questo sistema.Questa è un color composite a 3 bande che mostra terreni montuosi e pedemontani con conoidi alluvionali a

sud dell’Iran

mentre l’immagine qui in basso è una visione pancromatica a 5 m del porto di Tamil Nadu in India :

Il sensore LISS-IIIIl sensore LISS-III è un sensore abbastanza simile, come metodo di funzionamento e caratteristichegeometriche, all’HRV montato sulla serie di satelliti SPOT. E’ infatti dotato di una matrice di CCD chegarantisce una ripresa esente da effetti di riallineamento delle linee di scansione proprie, ad esempio, deisensori trasportati a bordo dei satelliti della serie Landsat.Il LISS-III è dotato di tre bande con una risoluzione geometrica di 23 metri e traccia al suolo di 142 km nellalunghezza d’onda del visibile (verde e rosso) e vicino infrarosso, mentre la banda 4, nell’infrarosso medio, hauna risoluzione spaziale di 70 metri ed una traccia al suolo di 148 km.PanIl sensore pancromatico a larga banda, fra 0,50 e 0,75 micron, ha una risoluzione al suolo di 5,8 metri con lapeculiarità, di enorme importanza dal punto di vista topografico, di essere orientabile lateralmentealla direzione di volo. Permette quindi l’acquisizione di stereocoppie e garantisce, in caso di coperturanuvolosa o per riprendere eventi particolari, una ripetizione delle riprese sulla stessa area ogni 5 giorni.WiFSIl sensore WiFS costituisce l’anello mancante di un tipo di sensori a media risoluzione fornita ad oggi solodai sensori russi della serie RESURS. Il sensore è dotato di due bande (0,62 - 0,68 e 0,77 - 0,86 micron) conuna risoluzione geometrica di 188 metri ed un’ampiezza di ripresa di 804 km. Questo sensore a mediarisoluzione può risultare utilissimo per l’osservazione di zone abbastanza estese ad una risoluzioneaccettabile; può quindi essere impiegato in studi e progetti di monitoraggio in aree a superficieragguardevole ad un costo e con un volume di dati contenuto.

Il satellite SPOTIl satellite SPOT, concepito e disegnato dal CNES (Centre National d’Etudes Spatiales) è stato costruito inFrancia in associazione con altri paesi europei. L’ultimo satellite della serie, attualmente operante, è loSPOT 4, lanciato nel marzo 1998.

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Il satellite SPOT 4 osserva la terra in quattro bande nella porzione del visibile e del vicino infrarosso dellospettro elettromagnetico (gli altri satelliti della serie SPOT acquisivano solo in tre bande), con una risoluzionespaziale di 20 metri e in una banda spettrale più ampia, pancromatica, con una risoluzione spaziale di 10metri.Una delle caratteristiche chiave dei satelliti SPOT, e più propriamente dei loro strumenti, è la possibilità divisione al di fuori del nadir; gli strumenti possono acquisire dati lateralmente da ambo le parti della traccia alsuolo con un angolo massimo di 27 gradi. Tale caratteristica consente di poter effettuare acquisizioni al difuori della traccia dell’orbita e quindi di poter incrementare la risoluzione temporale del sistema fino ad unmassimo di un passaggio circa ogni due giorni, contro il ciclo standard di 26 giorni. Ciò permette ilmonitoraggio localizzato di fenomeni che evolvono in un tempo molto rapido. Un’ulteriore possibilità diquesto tipo di sistema consiste nell’acquisizione di coppie stereoscopiche di immagini per la stessa area,con la possibilità di derivare informazioni topografiche e di altezza.Lo SPOT, operante in un’orbita eliosincrona polare ad 832 km di altezza, ospita i sensori HRVIR (HauteResolution dans le Visible et Infra Rouge) per la raccolta delle immagini. Tali strumenti sono stati progettatiper operare sia nel visibile che nel vicino infrarosso secondo due modalità: modo pancromatico, corrispondente ad un’osservazione spettrale su una banda abbastanza larga: 0.51 -

0.73 µm. modo multispettrale, corrispondente all’osservazione in 3 bande spettrali più strette, posizionate

rispettivamente nel verde (0.50 - 0.59 µm), nel rosso (0.61 - 0.68 µm) e nell’infrarosso vicino (0.79 - 0.89µm) e, nel caso dello SPOT4, una banda MIR (1.50 - 1.75 µm)

Il pancromatico ha una risoluzione geometrica al suolo (pixel) di 10 x 10 metri, mentre il multispettrale hauna risoluzione di 20 x 20 metri.Il satellite è sincronizzato con il movimento di rotazione terrestre, ripassa ogni 26 giorni alla stessa latitudinee longitudine alla stessa ora (10:30 all’equatore) ed è perciò possibile osservare una certa area ad intervalliregolari con lo stesso angolo di ripresa.Per la cartografia dell’uso del suolo vengono utilizzati i dati forniti dai due strumenti HRVIR. Come è statoaccennato precedentemente, i due sensori possono essere puntati in modo da coprire campi adiacenti.Con tale configurazione la larghezza totale della strisciata è pari a 117 km e la sovrapposizione laterale è di3 km. La larghezza della strisciata può variare dai 60 km della visione nadirale agli 80 della visione lateraleestrema, con un angolo di ripresa di ± 27 gradi dalla perpendicolare.Variando l’angolo di ripresa è possibile ricoprire la stessa zona, con angoli di ripresa diversi, 11 volte duranteil ciclo di 26 giorni, alla latitudine di 45 gradi. Ciò è possibile quando il satellite passa con orbita parallela aquella di base all’altezza dello stesso punto e riprende lateralmente la stessa area.Un’altra importante possibilità offerta dagli strumenti HRVIR, utilizzando il puntamento laterale, è di registrareimmagini stereoscopiche di una certa scena. Questo può avvenire registrando a differenti angoli di visione,durante successivi passaggi del satellite, la medesima area. Dato che la posizione del satellite al momentodella ripresa è nota, questi dati consentono di ottenere l’elevazione di ogni pixel dell’immagine con grandeaccuratezza.

Sensori ad alta risoluzione

Il programma Earth WatchTale programma della società americana Earth Watch Inc., prevede il lancio di una costellazione di quattrosatelliti commerciali ad alta risoluzione (EarlyBird e QuickBird.).I satelliti della serie EarlyBird, (il primo satellite della costellazione, è stato lanciato, con insuccesso nel 1997)hanno le seguenti caratteristiche tecniche: una banda di acquisizione nel pancromatico (0,445-0,65 µm), conrisoluzione di 3 metri a terra sul nadir, tre bande in modalità multispettrale (verde 0,490-0,6 µm, rosso 0,615-0,670 µm, e IR vicino 0,790-0,815µm) con risoluzione di 15 metri a terra al nadir. Le immagini verrannoregistrate in file a 8 bit, ed acquisiranno una scena di 3Km x 3 Km il sensore pancromatico, e di 15 Km x 15Km il sensore multispettrale in ripresa nadirale (verticale). Tale satellite, infatti, potrà acquisire anche inripresa laterale, acquisendo la stessa porzione di territorio in ripresa stereoscopica o diminuendo, così, itempi di rivisitazione a 2-5 giorni.I satelliti della serie QuickBird, avranno una risoluzione a terra inferiore al metro per la banda pancromatica epoco superiore ai 3 metri (3.28 m in posizione nadirale) per il sensore multispettrale.

Il satellite IKONOSIl satellite IKONOS II è stato lanciato nel Settembre 1999 dalla Vandenberg Air Force Base , California.

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Il satellite IKONOS acquisisce contemporaneamente immagini pancromatiche con risoluzione geometrica alsuolo di un metro e immagini multispettrali a quattro bande, con risoluzione di quattro metri. Queste immaginipossiedono un livello di dettaglio senza precedenti nel campo dei dati di osservazione della Terra. e,

attualmente, sono in assoluto i migliori dati disponibili sulmercato.L'orbita del satellite IKONOS è eliosincrona, ed il satellitepassa ad una data longitudine a circa la stessa ora locale ognigiorno. IKONOS è progettato per acquisire immagini dellaTerra da un'orbita di 680 chilometri, con una velocità di circasette chilometri al secondo, il satellite ruota intorno alla Terra14 volte al giorno ovvero una volta ogni 98 minuti. Il sensorepancromatico ha una risoluzione geometrica al suolo di 1m ad11 bit (2048 livelli) e acquisisce nella banca spettrale dei 0.45-0.90 micrometri mentre il sensore multispettrale ha unarisoluzione geometrica al suolo di 4m, ad 11 bit (2048 livelli) e4 bande (banda 1, blue a 0.45-0.53; banda 2, green, a 0.52-0.61; banda 3, red, a 0.64-0.72; banda 4, near infrared, a0.77-0.88).Le immagini del satellite IKONOS, con il loro elevato

contenuto informativo, possono essere utilizzate con successo nel campo dell'aggiornamento dei daticatastali, della cartografia digitale e tradizionale, del monitoraggio ambientale, della gestione delle risorsenaturali, ma anche per la gestione delle emergenze e al servizio della protezione civile, per letelecomunicazioni, ed in generale in tutte le applicazioni che necessitano di informazioni dettagliate,accurate e sempre aggiornate. A questa risoluzione è possibile riconoscere automobili e autocarri, strade,oleodotti, alberi singoli, case, grandi apparecchiature, barche e navi, aerei, ecc.Qui un esempio di dato IKONOS. Si tratta di un dato pancromatico (in bianco e nero) relativo alla città diRoma, in cui si riconoscono strutture famose come il Colosseo, l’Altare della Patria , il Pantheon, ilCampidoglio ecc.

L'immagine a fianco è invece undato IKONOS acquisito sulVenezuela nel Dicembre 1999dopo un gravissimo eventoalluvionale. Ciò dimostra comeun dato IKONOS può essereutilizzato nella stima dei dannilegati a questi eventi calamitosi.

I dati IKONOS sono disponibili in un formato ad 11 bit. Questa peculiarità rende questi datiradiometricamente superiori a ogni altro dato satellitare finora disponibile ad 8 bit.

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2250 km0.5 g.1000 m4SPOT VEGETATION

2320 km0.5 g.250 – 1000 m36MODIS

117 km26 g.20 m4SPOT HRVIR

600 km1 – 4 g.170 – 600 m5RESURS 01

185 km16 g.15 – 30 m8LANDSAT ETM+

11 x 11 km3 g.1 – 4 m5IKONOS

3000 km0.25 – 0.5 g.1100 m5NOAA AVHRR 2

75 km44 g.18 m4JERS - 1

22 x 22km1 – 5 g.1 – 3.28 m5QUICKBIRD

Dim. ImmagineRis. TemporaleRis. GeometricaN° BandeSensore

Tabella riassuntiva sulle caratteristiche dei sensori

Le Risoluzioni

• Spettrale: indica il numero di bande di acquisizione e la loro ampiezza.

• Radiometrica: sensibilità del rivelatore di un certo sensore nel percepire e codificare in segnale ledifferenze di flusso radiante riflesso o emesso dalle superfici analizzate. In pratica la risoluzioneradiometrica rappresenta il numero di livelli in cui può essere scomposto il segnale originario.

• Geometrica: dimensioni dell’area elementare al suolo di cui si rileva l’energia elettromagnetica (pixel).

• Temporale: periodo di tempo che intercorre tra due riprese successive di una stessa area.

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1.4 Rappresentazione e potenzialità dell'informazione territorialeL’analisi di fenomeni sul territorio può evidenziare correlazione spaziale tra questi e permettere quindi diindividuare relazioni di causa e effetto altrimenti non evidenziabili: salute ed ambiente, incidenti stradali ecaratteristiche della strada, variabili sociali ed urbanistiche, a spiegare comportamenti e realtà sociale, sonosolo alcuni esempi di tali relazioni.

1.4.1 - La rappresentazione del mondo reale in un SIT

La mappa è lo strumento fondamentale per la rappresentazione di informazione territoriale.Sulla mappa, attraverso un sistema di simboli, si rappresenta un modello del mondo reale (informazioneterritoriale di base) e/o di fenomeni localizzati nel mondo reale (informazione territoriale tematica). Si noticome la necessità di rappresentare fenomeni non visibili (per esempio l’andamento della temperatura inun’area, l’umidità, ecc…), comporti ovvie difficoltà.E’ da sottolineare il fatto che, in un Sistema Informativo Territoriale, la mappa non è solo lo strumento dirappresentazione del reale, ma anche l’interfaccia per l’utilizzo del sistema, ovvero ci consente di accedereal sistema e di poterne utilizzare le funzioni.In un Sistema Informativo Territoriale, inoltre, si aprono nuove possibilità per la realizzazione di mappe,diverse da quelle cartacee: mappe adattabili all’uso, animate, in 3D, anche con rappresentazione del tempo.Le mappe possono essere su carta, display su schermo, e sono comunque necessarie per interagire con ilsistema. Come tutte le mappe sono strutturate con un titolo e una legenda.Ricordiamo che si può operare una distinzione tra le mappe usate per rappresentare informazione territorialedi base (rappresentano il mondo reale, in modo fedele o simbolico, in funzione della scala e dell’uso), checostituiscono la cartografia, e le mappe utilizzate per rappresentare informazione territoriale tematica, dettemappe tematiche.All’interno delle mappe tematiche si può operare una classificazione a seconda del tipo di rappresentazioneusata, identificando quattro principali tipologie di mappe:

•Mappe di punti o di simboli puntuali•Mappe di linee•Mappe di aree•Mappe di valori

Le mappe di punti o di simboli puntuali consentono di rappresentare grandezze discrete o osservate inpunti. Per comunicare l’informazione voluta vi sono varie possibilità.. I punti o i simboli potranno essere:di dimensioni proporzionali al valore della grandezza di colori diversi in funzione del tipo di grandezza,di forme diverse in funzione del tipo di grandezza Si può osservare come variazioni di colore e di formavengano usate per rappresentare differenze qualitative mentre variazioni dimensionali si prestino meglio perrappresentare differenze quantitative.Le mappe di linee rappresentano grandezze distribuite lungo elementi lineari, operando sullo spessore dellelinee, sul colore e sul tipo di tratto.Le mappe areali rappresentano fenomeni in due dimensioni. Operando sulla tessitura e sul colore, sidistinguono grandezze diverse qualitativamente.Invece, con il termine mappe di valori intendiamo mappe per rappresentare grandezze numeriche chevariano in funzione della posizione. Si utilizzano sempre mappe areali ma per esprimere differenze dal puntodi vista quantitativo. Le grandezze numeriche sono ad esempio elevazione, temperatura, valori di densità,valori statistici.Tessiture e colori delle aree sono rapportati ai valori. Orientativamente le tessiture sono più dense e/o i coloripiù intensi per i valori più elevati.Bisogna porre attenzione, nel momento in cui si legge ed interpreta una mappa di valori assoluti, e non divalori specifici (come può essere la densità), perché uguali valori assoluti di una grandezza, riferiti ad areedimensionalmente diverse, possono indurre significati non corretti. Per rappresentare valori assoluti digrandezze è più opportuno usare mappe ad isolinee.Queste quattro tipologie di mappe non considerano però il problema della rappresentazione del tempo. Perovviare a questo problema si possono produrre serie di mappe dello stesso territorio in momenti successivi,oppure si possono produrre mappe animate.

1.4.2 - Restituzione di Dati Territoriali

Trasportare informazione geografica all’interno di un elaboratore presuppone molto spesso modificare lastruttura dell’informazione stessa, in quanto essa, nei documenti di origine, è spesso non strutturata, mentreuna strutturazione è necessaria per un trattamento informatico.

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Il caso più tipico è quello della cartografia tradizionale, dove gli oggetti esistenti sul territorio e riportati sulsupporto cartaceo vengono descritti usando una tecnica e una simbologie assai più complesse di quantopuò sembrare a prima vista. Nella cartografia tradizionale disegnata si fa affidamento sulla capacitàdell’operatore di interpretare i tratti riportati sulla carta e di astrarre da essi gli oggetti realmente esistenti sulterritorio e le loro caratteristiche. Sono esempi interessanti:1 - La curva di livello che si interrompe per un edificio e la capacità nostra di interpolare2 - La strada al 25000 dove non tutti i tornanti sono riportati3 - la strada al 2000 come sfondo tra diversi edifici e altre strutture e la mezzeriaDa quanto detto sopra segue che quello che compare su una cartografia (e in genere su un qualunquesupporto) non è quello che verrà inserito nella memoria di un elaboratore. Il processo da seguire èschematizzato in fig. seg. (frecce da mod. cartografico su verso mod. concettuale e poi a modello GIS).

mondo reale - astraz. - modello concettuale - modellaz. cartografico - ogg. cartografico modello GIS - oggetto GIS

La digitalizzazione di linee e punti presenti su un supporto cartografico tradizionale ha come risultato uninsieme di elementi ciascuno dei quali rappresenta in genere una parte di un oggetto o di più oggetti. Unalinea sarà una parte (esempio grafico) di un bordo di strada e contemporaneamente una parte del perimetrodi un edificio: tale linea è associabile direttamente ad un oggetto con la relazioneè un elemento costituente dima non con la relazioneè la completa descrizione geometrica di .... secondo un certo modello.

E’ evidente che la memorizzazione di dati codificati in questo modo permetterà il ridisegno del documentooriginale, ma non l’identificazione di un singolo oggetto (strada o edificio) e in generale neanchel’identificazione di una classe di oggetti (tutte le strade o tutti gli edifici). Questa tecnica di memorizzazione ècitata a volte come tecnica CAD (prevalentemente orientata ad un processo di disegno automatico) e non sipresta, salvo casi particolari, a processi di elaborazione dei dati.

Il nuovo modello proposto dalla tecnologia GIS è quello secondo cui ogni oggetto è definito in manieraunivoca da una (preferibilmente) o (raramente) da più primitive geometriche collegate ad una serie diattributi. Un oggetto è completamente autonomo rispetto al contesto e non ha bisogno dell’esistenza deglialtri oggetti per essere esaminato e disegnato.

Rispetto alla filosofia CAD, questa richiede una maggiore complessità e contemporaneamente permettealcune semplificazioni. La maggiore complessità è dovuta al fatto che non si può fare affidamento sullecapacità interpretative dell’uomo per quanto riguarda una completa descrizione del dato. Pertanto una curvadi livello va rappresentata nella sua completezza, senza interruzioni, e non è possibile che essa siinterrompa, per motivi grafici, in prossimità di altri oggetti; analogamente, a piccola scala, è preferibilerappresentare una strada tramite una linea che identifica la sua mezzeria piuttosto che con una coppia dilinee che ne identificano, in modo simbolico, i bordi; quest’ultimo caso mostra anche come larappresentazione della strada sia più semplice rispetto ad un modello CAD, così come è più semplice larappresentazione in una filosofia GIS di un traliccio (un punto con associati alcuni attributi) rispetto alsimbolo della rappresentazione CAD.

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1.4.3 - Utilizzo della tecnologia GIS

Le possibilità offerte dalla tecnologia GIS vengonosfruttate in modo diverso a seconda delleapplicazioni e del tipo di dati disponibili. Il primomodo di utilizzare la tecnologia GIS è quello dellabanale restituzione grafica di quanto presente negliarchivi. (fig. A)Siamo nel mondo della cartografia numerica, inquanto si utilizza la parte geometricadell’informazione, combinando più livelli. Oltre atutte le operazioni geometriche legate allarappresentazione, è possibile attivare livelliinformativi predefiniti e gestire le tecniche direstituzione. I documenti che ci troviamo di frontesono in questo caso simili a quelli della cartografiatradizionale, salvo un più bizzarro utilizzo delletecniche di disegno.

Il secondo caso riguarda i cartogrammi. Si tratta dellaidentificazione di un tema (descritto da un attributo) che vienerappresentato tramite la base cartografica.(fig. B) Glielementi grafici sono una “buccia” che ospita un tematismo.Esempi tipici sono una mappa di distribuzione di popolazionesu base comunale o una mappa che presenta, sempre subase comunale, i risultati di una consultazione elettorale.Questo tipo di uso incontra molta fortuna per: le nuovecapacità interpretative proposte dalla rappresentazionegeografica rispetto alla rappresentazione tabellare: la facilitàintrinseca del processo, anche per chi non è esperto diinformatica; l'estrema rapidità con cui viene ottenuto unrisultato.

Tutti i dati di tipo statistico si prestano egregiamente a questotrattamento, tanto che la tecnica del cartogramma è utilizzataanche da pacchetti software statistici o di “office automation”.

Si parla in questo caso di cartografia tematica (o forse meglio cartografia monotematica). L’elementocaratteristico è l’utilizzo dell’informazione presente nell’attributo. I documenti risultati di questo modo dioperare sono molto diversi da quelli della cartografia tradizionale; rispetto a quest’ultima essi presentano unaspetto più quantitativo, mentre al contrario mancano di un contesto di riferimento.

Un’estensione di questo modo di operare è quello dell’analisidelle caratteristiche di un oggetto rappresentato graficamente.Invece di avere un’analisi globale di un’area divise per ognientità geografica si evidenzia il valore di un solo attributo, inquesto sottocaso si evidenziano, per una specifica entità, tuttigli attributi (fig. C).

Il terzo modo di utilizzare la tecnologia GIS è quello piùclassico in cui si integrano informazioni provenienti da diversilivelli informativi. Ciascun livello fornisce un tema, come nelsecondo caso, e diversi temi sono posti in correlazione tra diloro.La correlazione delle informazioni provenienti dai diversi stratiavviene in diversi modi. Distingueremo tre sottocasi.

Il primo è quello dell’integrazione di dati tramiterappresentazione (fig. D). In questo caso si rappresentano, su video o su carta, dati di tipo eterogeneo el'operatore ne trae le conseguenti deduzioni. Il processo di integrazione dei dati è effettuato dall'uomo,mentre un elaboratore opera quale disegnatore. Una mappa di densità di popolazione disegnata sopra ad

Fig. A. Utilizzo della tecnologia GIS per la restituzione grafica

Fig. B. Cartografia tematica: Identificazione di un temadescritto da un attributo rappresentato tramite lacartografia di base

Fig. C. Analisi delle caratteristiche di un oggettorappresentato graficamente

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una mappa della viabilità permette di fare verifiche o programmi in termini di politica dei trasporti; una mappache presenta, su base comunale, i risultati di unaconsultazione elettorale sovrapposta ad una mappadi reddito induce ad altre considerazioni. Questo tipodi trattamento offre all'operatore una enorme capacitàdeduttiva (le combinazioni di dati eterogenei sonolimitate solo dalla fantasia); tuttavia esistono problemitecnici relativi alle metodologie di sovrapposizione.

Il secondo sottocaso è quello dell’integrazione di datitramite elaborazione. Questo è il caso in cui vengonocorrelati tra loro dati eterogenei con l'ausilio di unsoftware GIS. L'operatore riceve un prodottocomplesso cui deve aggiungere la propriainterpretazione. Un esempio è quello del calcolo delrischio di incendio di boschi, basato sul fatto che talerischio è tanto più grande quanto più il bosco è vicinoad una strada, ma lontano da un abitato, e ancora

dipendente dal tipo di bosco, dal tipo di terreno, dalla pendenza, ecc. Si tratta evidentemente di gestire uninsieme di dati diversi secondo un certo modello. Questo tipo di trattamento è quello che dà il maggior valoreaggiunto ai dati, ma presenta ovvie difficoltà legate alla qualità dei dati, alle caratteristiche del modello, aduna difficile interpretazione dei risultati e infine ai limiti intrinseci del software GIS.

Il terzo sottocaso, infine, nasce dalla limitatezza intrinseca dei software GIS. I software oggi disponibilioffrono funzionalità potenti, ma di tipo generale. In molti casi, invece, si ha a che fare con problemi particolariche richiedono l’uso di modelli specifici. Sono esempi la dispersione di gas nell’atmosfera, la diffuzione diinquinanti nella falda, e altri. In questo caso occorre integrare il software GIS con i modelli disciplinari adattiallo scopo.

Fig. D.: Integrazione di dati tramite rappresentazione

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CartografiaIntroduzione ai sistemi cartografici di base con particolare riferimento ai sistemi di coordinate e alla loroutilizzazione a livello nazionale, regionale, locale. Cambio di coordinate e di sistemi di riferimento.Utilizzazione del GPS e aggiornamento cartografico alle varie scale.

2.1 Introduzione

La cartografia è il disegno di una porzione di territorio più o meno estesa codificata nei simboli e nei modi dirappresentazione delle diverse entità presenti. Fornisce una possibile descrizione della forma e dimensionedella terra, dei suoi particolari naturali e artificiali.Ogni rappresentazione cartografica si basa su una metrica attraverso la quale è possibile associare ad unoggetto presente sul terreno la sua posizione sulla carta.

Le funzioni di base della cartografia sono:

dare una conoscenza del territorio sia puntuale (basatasull'osservazione di ogni singolo oggetto) che generale (visioned'insieme);

consentire di sviluppare processi logici di tipo deduttivo einduttivo in funzione di relazioni di concomitanza, vicinanza,frequenza,...;

fungere da supporto di base per classificazioni,pianificazione, progettazione e gestione del territorio

Il processo cartografico consiste nei seguenti passi:acquisizione del dato: osservazioni dirette sul terreno o suimmagini del terreno (topografia, fotogrammetria,telerilevamento); in questa fase devono essere archiviateinformazioni sul posizionamento dei punti e sulla codifica deglioggetti archiviati.

scelta del sistema di riferimento (approssimazione della superficie terrestre e del campo della gravità,scelta del sistema di coordinate)scelta della rappresentazione cartografica, cioè delle equazioni matematiche che consentono di"proiettare" la superficie terrestre nel piano della carta o sullo schermo.

La rappresentazione della superficieterrestre sul piano genera sempredelle deformazioni. A seconda del tipodi equazioni utilizzate si avranno differentirappresentazioni della medesimaporzione della superficie terrestre.

Le cartografie sono quindirappresentazioni approssimate delterritorio.L’entità dell’approssimazionedipende dalla proiezione cartograficautilizzata per riportare sulla cartal’area di interesse.La classificazione dellerappresentazioni cartografiche vienesviluppata soprattutto in base alle

predette deformazioni che le distinguono pertanto in carte autogonali o isogoniche o conformi o ortomorfe, quando gli angoli tra le direzioni

spiccantesi dai singoli punti risultano inalterati e, per conseguenza, viene conservata la similitudinetra le corrispondenti figure infinitesime dell'ellissoide e del piano;

carte equivalenti o autaliche, quando vengono conservate le aree;

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carte afillattiche, quando non vengono conservate né aree né angoli. Esse non rappresentanocomunque una classe ben definita, poiché includono di fatto anche le rappresentazioni chepresentano deformazioni molto contenute;

carte equidistanti, allorché il rapporto tra le lunghezze viene conservato costante per alcune linee.

2.2 Sistemi di coordinate

2.1.1 - Coordinate geografiche; definizione di geoide edellissoide

Le carte geografiche vengono costruite proiettando i puntidella terra su superfici ideali che avvolgono la terra stessa. Siutilizzano superfici di rotazione quale il cilindro e il cono chesono interamente sviluppabili su un piano e per le quali sononote dalla geometria analitica le equazioni di riferimento.Sulla base della teoria di M.S. Molodensky e dell’evoluzionetecnologica, possono individuarsi attualmente almeno trediverse modalità per definire la figura della Terra e cioè:- la topografia della superficie terrestre, definita dalcontorno solido e liquido della Terra medesima,estremamente irregolare e non idoneo alla costruzione di unmodello virtuale se non attraverso algoritmi di lisciamento;- l’ ellissoide di rotazione terrestre che virtualmenteapprossima la stessa superficie geometrica terrestre;- il geoide che corrisponde ad una superficie fisicaequipotenziale del campo della gravità.Particolare interesse presentano, nel settoregeotopocartografico, queste due ultime modalità, per cuivengono oggi definiti: ellissoide terrestre o sferoide, la superficie geometrica generata dalla rotazione diun’ellisse meridiana attorno al proprio asse minore coincidente con l’asse di rotazione terrestre; e geoide, lasuperficie di livello equipotenziale definita dal campo di gravità, che passa per il punto medio marino di unprescelto luogo della Terra, la forma del geoide dipende dalla distribuzione irregolare delle masse all’internodella terra e non può essere descritta da un’equazione matematica come l’ellessoide.La posizione dei diversi punti di una superficie geometrica viene agevolmente individuata istituendo sullasuperficie medesima un sistema di linee coordinate capaci di definirne in maniera univoca la relativa

ubicazione rispetto a due prescelte linee coordinateconsiderate come origine di riferimento.Sezionando l'ellissoide terrestre, prima con un infinitoinsieme di piani paralleli normali all'asse di rotazione, poicon un fascio di piani aventi per spigolo lo stesso asse dirotazione, è possibile istituire sull'ellissoide terrestre duedistinte famiglie di curve, denominate rispettivamenteparalleli e meridiani, intersecantesi ad angolo retto,suscettibile di assicurare la definizione univoca dellaposizione geografica dei punti considerati.La costruzione del canovaccio geografico di unarappresentazione cartografica si realizza, in generale,calcolando per punti discreti le coordinate X,Y nel piano,delle varie linee coordinate del reticolato geograficoattraverso le formule di corrispondenza della cartastessa.

L’ellissoide terrestre

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2.1.2 - Il Datum (il sistema nazionale Roma 40, il sistema europeo ED 50, il sistema GPS WGS 84 +IGM 95)

Un datum «planimetrico» è il modello matematico della Terra che usiamo per calcolare le coordinategeografiche dei punti. Esso può essere definito rigorosamente come un complesso di prescrizioni ed uncomplesso di misure tali che le prescrizioni eliminano esattamente le deficienze di rango per ladeterminazione di tutti i punti legati dalle misure.In pratica esso è costituito da un set di otto parametri, due di forma dell’ellissoide e sei di posizione e diorientamento, e da una rete compensata di punti, estesa sull’area di interesse, che lo materializza.In uno stesso datum si possono usare molti sistemi di coordinate: le trasformazioni tra questi ultimi sonosempre puramente matematiche e non richiedono l ’introduzione di misure. La trasformazione tra due datuminvece calcolata solo quando vi siano sufficienti misure che legano punti nei due sistemi.

2.1.2.1 - il sistema nazionale Roma 40

Il sistema cartografico prescelto dall'Italia era inizialmente di tipo policentrico, realizzato per proiezionenaturale, e riduceva nell'ambito di ciascun foglio della Carta d'Italia alla scala 1:100.000, ad un valorepressoché trascurabile le varie deformazioni lineari e angolari, conservando le aree e rendendo irrilevanti glieffetti della curvatura terrestre. Il suo inquadramento geodetico era riferito all'ellissoide di Bessel, orientato aGenova.

A partire dal 1941 questo sistemaè stato cambiato con l'adozionedella rappresentazione conforme diGauss, ed il trasferimentosull'ellissoide internazionaleorientato a Roma (Monte Mario).Il cambiamento del sistema vennesviluppato allora sulla base deglistudi di Giovanni Boaga, attraversola suddivisione dellarappresentazione cartografica indue fusi di 6° di longitudine,denominati rispettivamente fusoovest e fuso est.

2.1.2.2 - il sistema europeo ED 50,

L'unificazione del sistema di riferimento geodetico, attuata mediante la compensazione d'insieme delle retigeodetiche europee e definita dal sistema "European Datum 1950", in sintesi ED 50, ha posto il problemadell'adeguamento della cartografia nazionale dei vari Paesi interessati.L'avvio delle modificazioni richieste per l'adozione nella cartografia italiana del sistema di riferimentoeuropeo, ha avuto inizio fino dal 1951 ed ha comportato, dapprima, il riporto del reticolato ED 50sull'edizione militare della stessa cartografia, mentre sull'edizione civile restava indicato soltanto il sistemanazionale Gauss-Boaga, ed in prosieguo di tempo, l'allestimento di un'unica edizione nel riferimento unificatoED 50, da utilizzare sia per gli usi civili che per quelli militari.Nel sistema di riferimento europeo medesimo, è stata cosi progettata nel 1964, dall'Istituto GeograficoMilitare, la nuova Carta topografica d'Italia alla scala 1:50.000.

Sistema di riferimento Roma40-Gauss BoagaDefinizioneEllissoide Internazionale (Hayford):• a ==6 378 388• f ==1/297Orientamento: Roma M.Mario (definizione astronomica 1940)•ϕ=41 °55 ’25.51 ”•λ =0 ° ((12 ° 27 ’08.400 ”est da Greenwich)• azimut su Monte Soratte α =6 ° 35 ‘ 00.88 “RealizzazioneRete di triangolazione fondamentale dell ’I.G.M.(calcolo di compensazionedel 1908-1919)e reti di raffittimentoRappresentazione cartograficaConforme di Gaussterritorio nazionale praticamente compreso in due fusi,denominati rispettivamenteOvest ed Est,di ó ° di ampiezza,,con meridiani centralia -3 ° 27 ’08.400 ”e 2 ° 32 ’51.600 ”di longitudine da M.Mariofattore di contrazione m 0 =0.9996 falsa origine per le coordinate Est:•1500 km (fuso Ovest)• 2520 km ((fuso Est)

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Sostanziali modificazioni sono state introdotte nel taglio geografico di questa nuova carta derivata rispettoalla precedente, per adeguarla alle necessità del progettato inserimento nella cartografia unificata europea.Essa si compone infatti di 636 fogli di forma trapezia, delimitati ciascuno da due archi di meridiano distanziati

di 20' in longitudine e da due archi di parallelo distanziati di 12' in latitudine, comprendenti mediamenteun'area territoriale di circa 620 kmq equivalente a quella di 6 tavolette, che nel quadro d'unione della Cartacorografica "Il Mondo" alla scala di 1:250.000 e della Carta geografica "Il Mondo" alla scala di 1:1.000.000,definiscono appunto una porzione sottomultipla del terreno in esse rappresentato.

La misura della base dei fogli di questa carta varia con la latitudine da 0,60 a 0,51 m, mentre la loro altezzasi mantiene mediamente pari a 0,44 m.

La carta ‚ disegnata nella rappresentazione Universale Trasversa di Mercatore (UTM) con fusi di 6° a partiredall'antimeridiano di Greenwich, inquadrata nel sistema geodetico europeo ED 50, con l'origine dellelongitudini riferita al meridiano di Greenwich.La posizione geografica del vertice geodetico di primo ordine Roma-Monte Mario, punto origine dellecoordinate geografiche nel sistema nazionale Gauss-Boaga, risulta individuata in questo stesso sistemaunificato ED 50, dalle coordinate geografiche: mentre l'azimut della direzione a Monte Soratte sull'orizzontedello stesso vertice geodetico di Roma-Monte Mario, risulta invece espresso dal valore:

α = 6° 35' 02",559

La fonte di compilazione di questa nuova carta derivata, rimane naturalmente sempre assicurata dalrilevamento topocartografico alla scala 1:25.000, opportunamente aggiornato ed inquadrato.

Quale naturale ed immediata amplificazione di questa stessa carta al 1:50.000, è stata poi studiata e postain allestimento, sempre nell'ambito del sistema di riferimento europeo, anche la formazione di una nuovaCarta topografica d'Italia alla scala di 1:25.000.Questa nuova cartografia si compone a sua volta di 2298 elementi, denominati sezioni, delle dimensioni di10' in longitudine e di 6' in latitudine, abbraccianti ciascuno un'area di terreno pari a 150 kmq circa, contro i100 kmq circa della tavoletta.La metodologia utilizzata per la formazione di questa nuova carta di base, rimane essenzialmente quellaaerofotogrammetrica con disegno automatico nella rappresentazione UTM, inquadrata sempre nel sistemaunificato europeo ED 50.Tutta la nuova cartografia topografica in oggetto, alla scala 1:50.000 ed alla scala 1:25.000, riferiscel'orografia espressa a curve di livello con equidistanza di 25 m, e riporta inoltre delineati i confini di Stato,insieme ai vari limiti amministrativi regionali, provinciali e comunali.

Sistema di riferimento ED50Definizione• Ellissoide::Internazionale (Hayford)• a ==6 378 388• f ==1/297• Orientamento::medio europeo 1950 (European datum 1950)• origine delle longitudini GreenwichRealizzazioneNon ha una propria realizzazione,essendo nato per esclusivi scopi di omogeneizzazione cartografica perla cartografia a media e piccola scala,ma si basa su una rete di inquadramentoconsistente in unaselezione delle reti di 1 ° ordine europee;;il calcolo di compensazione è stato eseguito nel 1950 dall’A.M.S.(Army Map Service),poi D.M.A.(Defence Mapping Agency),oggi N.I.M.A.(Imagery MappingAgency).Le coordinate geografiche sono state ricalcolate in base a questa compensazione e al datumgeodetico di cui sopra,con origine delle longitudini su Greenwich.La compensazione ED50 può essereusata per taluni scopi pratici,soprattutto ditipo cartografico,ma non per quelli geodetici,ne operativi nétantomeno scientificiRappresentazione cartografica:Di Mercatore Trasversa Universale (per gli americani «Universal Transverse Mercator »)territo-rio nazionale praticamente compreso in due fusi di 6 ° di ampiezza,,con meridiani centralia 9 ° e 15 ° di longitudine est Greenwich(fusi 32 e 33 del sistema internazionale)fattore di contrazione m 0 =0.9996falsa origine per le coordinate Est:500 kmfalsa origine per le coordinate Nord:0 nell ’emisfero Nord;10 000 km nell ’emisfero Sud.Nel sistema ED50 M.Mario ha coordinate:•ϕ =41 ° 55 ’31.487 ”•λ =12 ° 27 ’10.93 ”

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Le indicazioni marginali fornite dagli elaborati cartografici predetti, sono naturalmente uniformate a quelledelle altre cartografie europee, sulla base di opportuni accordi internazionali di standardizzazione,denominati STANAG (Standardization Agreement), tendenti soprattutto a normalizzare: la produzionecartografica ed i sistemi di riferimento geodetico, la simbologia convenzionale, la tipologia cartografica, lascala delle rappresentazioni, e l'edizione.Logicamente, questa nuova cartografia topografica nel riferimento europeo ED 50, sostituirà nel tempo, lavecchia cartografia topografica alle medesime scale, inquadrata nel sistema nazionale Gauss-Boaga.Ad integrazione di questa cartografia simbolica e per fornire inoltre ulteriori informazioni di carattereplanimetrico più immediate ed aggiornate, l'Istituto Geografico Militare ha dato inoltre avvio ancheall'allestimento di una serie di 636 ortofotocarte alla scala di 1:50.000, ottenute da immagini spaziali edenominate Spaziocarte.Tale cartografia spaziale è stata redatta nella stessa rappresentazione cartografica U.T.M. (ED 50) e con ilmedesimo taglio geografico della corrispondente carta topografica alla stessa scala, per diretta restituzionedei dati digitali pancromatici forniti dal satellite SPOT 2 mediante i sensori HRV. E più precisamentemediante elaborazione delle relative immagini, tramite correzioni radiometriche e geometriche, el'allestimento cartografico conclusivo.Correzioni, quelle apportate, essenzialmente finalizzate ad eliminare le deformazioni indotte dalla curvaturae dalla rotazione terrestre, dalle variazioni di quota del vettore spaziale e dagli effetti panoramici indottidall'inclinazione dell'asse di presa dei sensori predetti.Per ottimizzare il raddrizzamento differenziale delle immagini telerilevate nella produzione dei predettidocumenti ortofotografici, l'Istituto Geografico Militare ha fatto ricorso al modello numerico del terreno(Digital Terrain Model) realizzato per l'intero territorio nazionale con la digitalizzazione delle curve di livellodella cartografia alla scala 1:25.000; mentre per georeferenziare le stesse immagini ha poi utilizzato unadeguato insieme di punti di controllo (Ground Control Points).Per l'allestimanto della veste cartografica, l'I.G.M. ha infine riportato nella spaziocarta predetta, latoponomastica essenziale, al fine di agevolarne la lettura e l'interpretazione.

2.1.2.3 - il sistema GPS WGS 84

Quando non esistono mappe dell’area da rilevare, o quelle esistenti non sono sufficientemente accurate, sipuò ricorrere alla rilevazionedell’informazione tematicautilizzando sistemi GPS(Global Positioning System)per la localizzazione.È un sistema diposizionamento globale, cioènello spazio tridimensionale,che si basa esclusivamentesull’osservazione di unacostellazione di satellitiartificiali, chiamati appuntoGPS satellites.Il principio che informa ladeterminazione dellaposizione spaziale, in unassegnato sistema diriferimento, di puntiappartenenti o prossimi alla

superficie terrestre è essenzialmente quello dell’osservazione distanziometrica, dai punti medesimi, disatelliti artificiali GPS dei quali sia nota la posizione istantanea in orbita.Con questi sistemi si possono ottenere le coordinate (x,y,z) di un punto della superficie terrestre in modoveloce ed economico.Ci sono tre componenti fondamentali in questo sistema:

il segmento spaziale, composto da 24 satelliti, che sono i punti di riferimento rispetto ai quali vienefatta la rilevazione e garantiscono la costante copertura di tutto il globo

il segmento di controllo, composto dalle stazioni di terra il segmento utente, costituito dai ricevitori GPS

Per poter effettuare una misura con un GPS, è necessario ricevere il segnale di almeno quattro satelliti.

Sistema di riferimento WGS84DefinizioneÈ costituito da una terna cartesiana OXYZ con origine nel centro di massa convenzionaledella Terra ed asse Z diretto secondo l ’asse di rotazione terrestre convenzionale. Allaterna è associato un ellissoide con centro nell’origine ed assi coincidenti con quelli dellaterna stessa (ellissoide geocentrico)Ellissoide:WGS84• a ==6 378 137• f ==1/298.257223563Realizzazione globaleRete di stazioni permanenti gestite dal DoD (Dipartimento della Difesa)USA Costellazionesatelliti GPSRealizzazione europeaRete EUREF89 =ETRF89Realizzazione italianaRete IGM95Rappresentazione cartograficaAl sistema WGS84 non è associato ufficialmente alcun sistema cartografico, anche se èsempre più frequente l ’adozione, già attuata dall’I.G.M., della UTM con inquadramentoWGS84 (in analogia all ’UTM-ED50),denominato UTM-WGS84 o, più correttamente,UTM-ETRF89.

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Il sistema di riferimento geocentrico adottato nelle determinazioni GPS, viene indicato convenzionalmente"World Geodetic System 1984", o più semplicemente dall'acronico "WGS 84", e definisce nel suo insieme unmodello matematico della Terra sia sotto l'aspetto geometrico, che quello geodetico e gravitazionale

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2.1.2.4 - Il sistema GPS WGS 84 + IGM 95

Dopo alcuni anni di sperimentazione, l'Istituto Geografico Militare ha deciso nel 1992 di integrare lapreesistente rete geodetica nazionale - costituita da circa 30.000 vertici trigonometrici - con una nuova retegeodetica tridimensionale di elevata precisione, con punti caratterizzati da materializzazioni stabili efacilmente accessibili, denominata IGM95 e completata appunto nel 1995.La metà di questi punti coincide con vertici della rete esistente, mentre un terzo è collegato con caposaldidella rete di livellazione fondamentale italiana.Molti vertici delle reti geodetiche internazionali (VLBI, SLR, EUREF), ricadenti nel territorio nazionale, sonoentrati a far parte dell'IGM95.Quanto sopra allo scopo di definire le relazioni intercorrenti fra i vari sistemi geodetici (Roma 40, ED50), ilsistema europeo ETRF89 e quello globale WGS84.La determinazione di questa rete è avvenuta utilizzando il sistema statunitense NAVSTAR-GPS, basatosulla ricezione di segnali trasmessi da una costellazione satellitare che consente la determinazione spazialedi un ricevitore fisso o mobile rispetto ad un riferimento geodetico geocentrico.La conoscenza dei parametri di passaggio fra le coordinate permetterà agli utenti di utilizzare agevolmentela nuova strumentazione GPS di sempre più ampia diffusione.I punti IGM95 sono distribuiti sul territorio nazionale ad una distanza media l'uno dall'altro di circa 20 km (unoogni 400 kmq, cioè 4 nuovi vertici per ogni foglio della Carta d'Italia 1:100.000) per un numero complessivodi quasi 1.200 punti.La precisione relativa media della nuova rete, al livello di confidenza del 95%, risulta di 2,5 cm in planimetriae di 4 cm in altimetria.Nella scheda monografica viene fornita una serie di informazioni, gestite da uno specifico programma di database, che hanno lo scopo di agevolare l'utente ad un uso dei dati il più ampio possibile.

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2.2 Principi della rappresentazione cartografica

La rappresentazione cartografica della superficie terrestre solleva nel suo insieme problematiche piuttostocomplesse, considerata l'evidente difficoltà di descrivere nello spazio bidimensionale, dopo avere effettuatauna necessaria riduzione dimensionale, una figura geometrica di diversa conformazione spazialetridimensionale, senza alterarne le intrinseche caratteristiche geometriche e metriche.In generale, si può effettuare la rappresentazione di una superficie su di un'altra quando sia possibilestabilire una corrispondenza biunivoca tra i punti delle due diverse superfici, e cioè quando ad ogni puntodi una di esse sia possibile far corrispondere un unico e determinato punto dell'altra e viceversa.La rappresentazione cartografica dell’insieme, o di una parte, della superficie terrestre nel piano, dopoaverne effettuata una riduzione di scala, non si può realizzare senza alcuna deformazione dellecaratteristiche geometriche e metriche dei particolari topografici interessanti.Le rappresentazioni conformi consentono tuttavia di contenere le deformazioni lineari entro limiti tollerabili,compatibilmente con la scala di riduzione prescelta per il disegno, mantenendo inalterate le misure angolari.Singolare proprietà di queste rappresentazioni conformi è poi quella di consentire lo sviluppo nel piano dellarappresentazione di tutti i calcoli svolti in passato sulla scala locale e sull’elissoide di rotazione terrestre.Proprietà per cui esse risultano alla base di tutta la moderna cartografia.

2.2.1 - Rappresentazione conforme di Gauss

E’ conosciuta soprattutto come Proiezione di Gauss, ma viene spesso indicata anche come Proiezionetrasversa di Mercatore, o Proiezione meridiana di Mercatore , o Proiezione pseudo-cilindrica di Lambert.Venne descritta per la prima volta nel 1772 da J.H.Lambert, e le prime formule risolutive vennero rese notenel 1822 da K.F.Gauss, in una forma leggermente diversa da quella oggi conosciuta.Dopo le ricerche di O.Schreiber del 1866 e di F.R.Helmert del 1876, il suo studio vebnne completato daJ.H.L.Krueger nel 1919, tanto che essa viene spesso denominata appunto “Rappresentazione di Gauss-Krueger”.Negli anni 1941-43, ponendosi il problema di sostituire in Italia l’ellissoide di Bessel orientato a Genova ed ilvecchio sistema cartografico autalico, con l’ellissoide internazione orientato a Roma (M.Mario) ed un nuovosisdtema cartografico autogonale, il suo studio venne ripreso da Giovanni Boaga, all'epoca "geodeta capo"dell'I’tituto Geografico Militare, che pervenne ad una soluzione applicativa alquanto semplice ed originale.Ragion per cui nel 1948, la Commissione Geodetica Italiana, ritenne doveroso sanzionarne la relativaproprietà intellettuale con l’associare al nome di Gauss quello di Boaga. In relazione soprattutto alla suadiversità con la rappresentazione di Gauss-Krueger ed all’incipiente Sistema UTM (acronimo di “UniversalTransverse Mercator Grid”), identificato in prosieguo di tempo, nella cartografia ufficiale italiana, con i datiscaturiti dalla successiva compensazione ED 50 (Europeam Datum 1950).

2.2.2 - . Il sistema nazionale Gauss-Boaga

L’applicazione della proiezione di Gauss alla rappresentazione del territortio nazionale ha comportato la suasuddivisione in due fusi di 6° di longitudine, denominati rispettivamente fuso ovest e fuso est, aventirispettivamente per primi meridiani le longitudi di 9° e di 15° ad est di Greenwich. Questa soluzione dicontinuità è stata poi limitata attraverso una zona di sovrapposizione comune tra i due fusi di circa 40 km,per la quale risultano cosi contemporaneamente disponibili i due riferimenti: fuso ovest e fuso est.Con l’adozione del fuso di 6° in longitudine, il fattore di scala al margine del fuso ha assunto il valore di1,0008. Per contenere la deformazione risultante, che per una distanza effettiva di 10 km sul terrenofinirebbe per evidenziare nella rappresentazione un allungamento di circa 8 m, l’ellissoide internazionale diriferimento è stato convenzionalmente didotto dello 0,4 per mille, moltiplicando i suoi parametri per 0,9996.Con questo artificio il fattore di scala massimo di 1,0008 è stato cosi ridotto a 1,0004 e l’automecoicità dellarappresentazione si è spostata dal primo meridiano su due meridiani simmetrici posti all’interno del fuso.All’interno di questi due meridiani la rappresentazione presenta pertanto delle contrazioni, mentre al loroesterno presenta invece delle dilatazioni.

Per eliminare ogni incertezza sul segno delle ascisse, sono state infine attrabuite ai diversi meridiani centralidei due fusi delle false origini capaci di contraddistinguere anche i due diversi fusi. Le coordinate N ed E nelsistema nazionale Gauss-Boaga vengono rispettivamente ottenute dalle relazioni:

N = X

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E = Y+Cove la costante C viene assunta pari a

fuso ovest → C = 1500 kmfuso est → C = 2520 km

2.2.4 - Il sistema internazionale UTM

La necessità di pervenire alla normalizzazione delle rappresentazioni cartografiche di tutta la superficieterrestre ha suggerito di applicare im maniera sistematica la rappresentazione conforme di Gauss(denominata nei paesi anglosassoni proiezione trasversa di Mercatore) per i territori compresi tra i paralleli di+80° e –80° di latitudine, e la proiezione stereografica polare per le due calotte polari delimitaterispettivamente a nord ed a sud degli stessi paralleli.La superficie compresa tra questi paralleli è stata poi ripartita in 60 fusi dell’ampiezza di 6° in longitudine,progressivamente numerati a partire dall’antimeridiano di Greenwich. Circostanza che definisce non ununico sistema, bensi 60 diversi sistemi tra loro autonomi, ma aventi tutti corrispondenze identiche nei 60sistemi col fattore di riduzione di 0,9996.Per agevolare l’individuazione delle regioni rappresentate, i diversi fusi sono stati poi scompartiti in 20 fasceparallele, dieci nell’emisfero Nord e dieci nell’emisfero Sud, generate tramite paralleli geografici distanziati di8° in latitudine a partire dall’equatore e fino alle latitudini di +80° e di –80°. Fasce che sono state poiindividuate da lettere dell’alfabeto dalla C fino alla X a partire dalla fascia attigua alla calotta Sud,escludendo le lettere I ed O.Dalle due ripartizioni, quella in fusi e quella in fasce, l’intera superficie terrestre risulta cosi suddivisa in 1200zone, ciascuna della quali dell’ampiezza di 6° in longitudine e di 8° in latitudine. Zone utili per ladesignazione delle aree di volta interessate nell’insieme della rappresentazione cartografica, denominataappunto Universal Transverse Mercator Grid o più semplicemente dal suo acronimo UTM.Nella prassi cartografica italiana corrente, si identifica tuttavia con UTM la compensazione delle retigeodetiche europee ED 50 (European Datum 1950), mentre il fuso Ovest del sistema nazionale si identificacol fuso 32 dell’UTM, ed analogamente, il fuso Est si identifica a sua volta col fuso 33, aventirispettivamente come primi meridiani le stesse longitudini ad Est di Greenwich.Le coordinate N ed E nel sistema UTM sono quindi definite dalle relazioni

N = XE = Y + 500 km

e dall’indicazione del numeri del fuso e fascia di appartenenza.

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2.2.5 – La proiezione naturale e il sistema cartografico castale

La cartografia catastale particellare italiana ha come superficie virtuale di riferimento l'ellissoide di Besselorientato a Genova-Osservatorio dell’Istituto Idrografico della Marina, mentre la proiezione cartograficautilizzata rimane quella afillattica di Cassini-Soldner. Un sistema di rappresentazione, quest’ultimo, che ponela scelta del centro di sviluppo in posizione pressochè baricentrica rispetto alla zona da cartografare, perevitare deformazioni geometriche incompatibili con le finalità metriche preposte. Circostanza, che non haconsentito purtroppo di realizzare un sistema cartografico catastale esteso a tutto il territorio nazionale edomogeneo.

La rappresentazione cartografica diCassini-Soldner, pone la necessitàdi suddividere il territorio nazionalein varie zone, riferita ciascuna adun proprio centro di sviluppo. Percui, la reale estensione di ciascunodei sistemi risultanti, finisce dinorma per non superare unmassimo di 70 km dall’origine inlongitudine, ed un massimo di 100km in latitudine.La gran parte del territorio delleprovincie italiane è rimasta cosisuddivisa in 31 diversi sistemi digrande estensione; mentre la parterimanente è stata invece suddivisain circa 800 altri diversi sistemi diminore estensione.Una molteplicità di riferimenti, dunque, che frantuma l’unità e l’omogeneità di questa proiezione afillattica, eche comporta non poche difficoltà nel suo raffronto con la cartografia nazionale.Una circostanza che impedisce pertanto qualsiasi utile confronto per “overlay” fra i diversi documenticatastali redatti nella proiezione afillattica di Cassini-Soldner e quelli della cartografia tecnica regionale olocale, redatti invece nel sistema nazionale Gauss-Boaga.Ciò che porta a concludere, in sintesi: “ allo stato degli atti non risulta in alcun modo possibile trasferire datigeometrici particellari da un sistema cartografico ad altro concettualmente diverso e viceversa, senzaalterarne il relativo classamento originale, anche quando vengano operate trasformazioni affini dellecoordinate tra i due diversi sistemi cartografici”. Un problema che investe direttamente la pianificazioneterritoriale e l’eventuale esazione di tributi fondiari, quando il frazionamento catastale particellare finisca pergiocare un ruolo primario nella gestione del territorio.Problemi sembrano insorgere nell'integrazione nella cartografia tecnica numerica con i dati forniti dallarappresentazione particellare catastale, soprattutto a causa del differente inquadramento geometrico finorarealizzato per questi due differenti elaborati cartografici.I problemi relativi alla revisione del sistema catastale italiano hanno da tempo suggerito la formazione di unarete di “punti stabili di riferimento", indicati in breve P.S.R. da utilizzare per l'aggiornamento geometrico dellemappe catastali e per lo sviluppo di tutte le altre operazioni topografiche pertinenti.Allo scopo di recuperare la precisione topometrica relativa ai tematismi particellari geometrici rappresentatinelle mappe catastali, sono stati istituiti in seguito i "punti fiduciali", sinteticamente indicati con P.F.Questi punti, individuati sulle mappe medesime da coordinate cartografiche numericamente note e dacoordinate cartografiche stimate graficamente, sono stati raccolti provincia per provincia in un appositoarchivio elettronico, denominato "tabella attuale dei punti fiduciali (T.A.F.)".Particolare importanza presenta il controllo delle mutua distanza fra i P.F. di volta in volta utilizzati. Talecontrollo deve essere sviluppato confrontando di volta in volta la distanza misurata con quella derivata dallerelative coordinate cartografiche. Da tale confronto possono aversi talora differenze in valore assoluto,comprese tra 1,5-3 m o superiori.La rete P.F. riveste particolare importanza nella ricomposizione di ciascun foglio di mappa, poichécostituisce di fatto un insieme di elementi certi e di misure controllate, congruenti nei contenuti metrici con lacartografia catastale, già formata e da tempo istituzionalizzata.Il catasto sta ormai introducendo, nella sua prassi operativa, anche l'applicazione del sistema GPS, e questopotrà aprire nuove possibilità alla integrazione dei vari documenti cartografici.

Sistema di riferimento catastaleDefinizioneEllissoide Bessel (1841):• a =6 377 397.155• f =1/299.1528128¦Orientamento:Genova IIM (definizione astronomica 1902)• ϕ=44 ° 25 ’08.235 ’’• λ =0 °• azimut su Monte del Telegrafo α =117 ° 31 ’08.91 ’’RealizzazioneRete di inquadramento costituita dalla triangolazione dell ’I.G.M.(limitatamente aivertici di 1 °,2 ° e 3 °ordine),raffittita con la triangolazione catastale direte,sottorete e dettaglio)Rappresentazione cartograficaCassini-Soldner, con suddivisione del territorio nazionale in zone, riferita ciascunaad una diversa origine («centro di sviluppo »),coincidente in molti casi con unvertice l.G.M. L ’estensione di ogni sistema è in genere li di 70 km dall’origine indirezione Est-Ovest e a 100 km in direzione Nord-Sud. La maggior parte delleprovince è compresa in sistemi di grande estensione (31 origini);il rimanenteterritorio è suddiviso in sistemi più piccoli (oltre 800 complessivamente)

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2.3 La cartografia Ufficiale italiana

La cartografia ufficiale è costituita dalle carte geografiche, corografiche, topografiche, nautiche,aeronautiche, catastali e geologiche pubblicate dagli organi cartografici dello Stato e dagli stessi dichiarateufficiale. In base alla Legge 2 febbraio 1960 N.68, sono organi cartografici dello Stato: Istituto Geografico Militare (IGMI); Istituto Idrografico della Marina: si occupa di rilievi batimetrici e oceanici, rilievi geodetici lungo le

coste, produce carte nautiche necessarie per la navigazione; Sezione Fotocarta dello Stato Maggiore dell'Aeronautica, diventato Centro di Informazioni

Geotopografiche dell'Aeronautica (CIGA); Servizio Geologico, che così come il CIGA, non esegue rilievi topografici, e utilizza carte dell'IGMI

riportando su queste solo le informazioni relative al rilievo geologico e gravimetrico (o alla navigazioneaerea);

Amministrazione del Catasto e dei Servizi Tecnici Erariali (ora Dipartimento del Territorio), che rilevamappe alle scale da 1:5000 a 1:500 partendo dalla rete trigonometrica dell'IGMI, per scopi fiscali(dipende dal Ministero delle Finanze).

La cartografia ufficiale italiana è redatta di norma nel sistema della rappresentazione conforme di GAUSS-Boaga, utilizzando come superficie di riferimento l’elissoide internazionale orientato a Roma (Monte Mario).

2.3.1 - La cartografia di base

Col termine cartografia di base si indicano tutte le carte topografiche che riguardano un certo territorio,purché costruite secondo i principi della cartografia. In altre parole si può definire come cartografia di base diun territorio ogni sua rappresentazione cartografica realizzata con metodi topografici o fotogrammetricirigorosi, inquadrata nel sistema di riferimento planimetrico e altimetrico nazionale e che si presenta nellaconsueta forma di carta disegnata o di fotocarta.II contenuto d'informazioni di tipo qualitativo di una carta di base e la precisione delle misure su di essaeseguibili dipendono dal suo fattore di scala, cioè dal rapporto di riduzione con il quale vengonorappresentate le grandezze lineari; si dice che la scala di una carta è tanto più piccola quanto più piccolesono, rispetto alla realtà, le dimensioni di ciò che essa rappresenta.

Per quanto riguarda la scala, le carte di base si dividono in tre categorie:• carte a grande scala 1:500; 1:1000; 1:2000;• carte a media scala 1:5000, 1:10.000;• carte a piccola scala da 1:25.000 in poi.

Dalla scala della carta dipendono i due parametri che la caratterizzano dal punto di vista metrico.1. il suo grado di risoluzione, cioè la dimensione lineare del più piccolo particolare rappresentabile.

Nelle carte disegnate è dato dal minimo spessore del tratto grafico utilizzato (per convenzione 0,2mm) moltiplicato per il fattore di scala;

2. l'errore massimo che si commette nel rilevare da essa la posizione di un punto (per convenzioneinferiore al prodotto di 0,5 mm per il rapporto di riduzione della carta).

Da un punto di vista generale, non vi è differenza fra le carte a media e a grande scala, mentre esiste unadiversità notevole tra le carte a grande e media e quelle a piccola scala.Nelle prime le dimensioni reali di quanto rappresentato possono essere ricavate moltiplicando la misurapresa sulla carta per il suo coefficiente di scala; nelle seconde questo procedimento può portare a errorinotevoli perché, essendo il rapporto di riduzione molto elevato, la realizzazione delle carte richiede chevengano impiegati in larga misura segni convenzionali, cioè una serie di simboli che non stanno nel giustorapporto con le dimensioni reali degli oggetti.

Al diminuire della scala della carta si ha quindi un minor contenuto d'informazione in termini qualitativi emetrici; d'altra parte, però, si produce sulla carta una semplificazione, che esalta i tratti più importanti delterritorio ed inoltre aumenta, a parità di dimensioni del foglio, la zona reale di territorio rappresentata.Pertanto, le grandi scale consentono un grado di lettura molto fine del territorio, mentre quelle a piccolascala permettono una visione di insieme che le prime non danno.Le carte di base disegnate si suddividono poi, indipendentemente dalle scale, in costruite e derivate; leprime (in genere chiamate semplicemente carte senza specificazioni) sono quelle realmente costruite nella

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scala in cui si presentano; le seconde sono quelle ricavate per riduzione di altre a scala più grande.Una carta derivata viene sempre ricavata da una scala maggiore; non è mai lecito il contrario: il sempliceingrandimento fotografico lascia, infatti, immutato il grado di dettaglio e la precisione metrica mentre ingannal'utilizzatore che, scambiando la carta derivata per una costruita, trae da essa informazioni errate.Se si vuole passare da una carta a una certa scala a una derivata a scala molto inferiore, occorre effettuare,oltre alla riduzione fotografica, anche un lavoro di ridisegno, semplificando i dettagli troppo minuti eriscrivendo quote, toponomastica, ecc. ...Le funzioni della cartografia di base sono fondamentalmente le seguenti:

• fornire informazioni di tipo qualitative; e cioè consentire di ricavare sia una visione d'insieme delterritorio rappresentato sia l'esistenza, la dimensione e la forma dei particolari naturali e artificiali delterreno;

• fornire informazioni di tipo metrico, e cioè permettere di ricavare la distanza topografica e ladifferenza di quota tra due qualsiasi punti su di essa rappresentati;

• costituire — opportunamente semplificata — la base topografica per la formazione delle cartetematiche;• fornire le coordinate di tutti glielementi topografici checostituiscono l'ossatura portantedel sistema informativo;• consentire il riporto su di essadei progetti che costituiscono ilrisultato della pianificazione e dellaprogettazione.

2.3.1.1 La cartografia di baseufficiale italiana

Il sistema nazionale (datumRoma40, proiezione Gauss-Boaga,taglio degli elementi cartografici ditipo geografico secondo ledeformate di linee meridiane e

parallele), adottato nella carografia ufficiale dello stato dal 1941 e in seguito dalle regioni e dagli enti locali.

L'elemento di base della cartografia ufficiale italiana é il foglio della "Carta d'Italia alla scala di 1:100.000"risultante da un taglio geoqrafico secondo i meridiani e i paralleli. Tale foglio descrive in pratica un'areatrapezoidale della superficie ellissoidica estesa in longitudine per 30' ed in latitudine per 20', comprendentela superficie media di circa 1500 km2. Il territorio nazionale risulta cosi descritto in 278 fogli diversi.Ogni foglio viene suddiviso in quattro quadranti delimitati ciascuno da due archi di meridiano dell'ampiezza di10' in latitudine e da due archi di parallelo dell'ampiezza di 15' in longitudine, che definiscono l'area unitariadella carta derivata alla scala l:50000; mentre ogni quadrante si suddivide a sua volta in quattro tavolettedelimitate ciascuna da due archi di meridiano dell'ampiezza di 5' in latitudine e da due archi di parallelodell'ampiezza di 7'30" in longitudine, che definiscono l'area base della carta alla scala l:25.000. La superficierappresentata mediamente da un quadrante é di 375 km2 circa, mentre quella racchiusa da una tavolettarisulta mediamente invece di 94 km2 circa.L'inquadramento geodetico della cartografia ufficiale viene assicurato dalla rete geodetica fondamentaleopportunamente integrata con punti di ordine inferiore.

Sistema di riferimento Roma40-Gauss BoagaDefinizioneEllissoide Internazionale (Hayford):• a ==6 378 388• f ==1/297Orientamento: Roma M.Mario (definizione astronomica 1940)•ϕ=41 °55 ’25.51 ”•λ =0 ° ((12 ° 27 ’08.400 ”est da Greenwich)• azimut su Monte Soratte α =6 ° 35 ‘ 00.88 “RealizzazioneRete di triangolazione fondamentale dell ’I.G.M.(calcolo di compensazionedel 1908-1919)e reti di raffittimentoRappresentazione cartograficaConforme di Gaussterritorio nazionale praticamente compreso in due fusi, denominati rispettivamenteOvest ed Est, di ó ° di ampiezza, con meridiani centralia -3 ° 27 ’08.400 ”e 2 ° 32 ’51.600 ”di longitudine da M.Mariofattore di contrazione m 0 =0.9996 falsa origine per le coordinate Est:•1500 km (fuso Ovest)• 2520 km ((fuso Est)

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Il sistema ED50 (datum ED50, proiezione UTM, taglio degli elementi cartografici di tipo geografico,l’elemento base costituito dal nuovo foglio 1:50000) definito nel 1950 nell’ambito delle convenzioni europeetendenti all’unificazione delle reti e della rappresentazione cartografica.

Con l'unificazione del sistema di riferimento geodetico realizzato mediante la compensazione d'insieme dellereti europee, definito dal sistema EuroEoropean Datum 1950 (in sintesi ED 50), l'Istituto Geografico Militareha poi istituito a partire dal 1964 una nuova “Carta topografica d'Italia alla scala di 1:50.000",introducendo modificazioni al predetto taglio geografico per facilitarne l'inserimento nella cartografia europeaunificata.Questa nuova carta si compone a sua volta di 636 fogli di forma trapezia, delimitati ciascuno da due archi dimeridiano dell'ampiezza di 20' in latitudine e da due archi di parallelo dell'ampiezza di 12' in longitudine,comprendenti un'area territoriale media di 620 km2 circa.Tale nuova carta é inquadrata nel sistema ED 50 e rappresentata nel sistema U.T.M. con fusi di 6° a partiredall'antimeridiano di Greenwich.In relazione a tale carta l’I.G.M. ha poi provveduto anche alla formazione di una nuova "Carta topograficad'Italia alla scala l:25.000", costituita da 2298 elementi delle dimensioni di 10' in longitudine e di 6' inlatitudine, comprendenti un'area media di circa 150 km2. Carta, questa, destinata a sostituire nel tempo lavecchia cartografia ufficiale alla stessa scala.Completando la collezione della propria cartografia, l'I.G.M. ha infine dato avvio anche ad una serie diortofotocarte alla scala l:50.000, ottenute da immagini spaziali e denominate spaziocarte, redatte sempre nelsistema U.TM. e nel riferimento europeo ED50, ricavate per elaborazione dei dati digitali pancromatici fornitidal satellite artificiale SPOT 2.Le necessità di acquisire maggiori conoscenze territoriali, necessarie alla pianificazione urbanistica ed allaprogrammazione economica territoriale, ha avviato ormai da tempo in Italia il rilevamento topocartograficosistematico a grande scala (1:10.000 ed 1:5.000) di vaste aree regionali. Un'operazione sviluppata sullabase di prescrizioni tecniche studiate inizialmente dalla soppressa Commissione Geodetica Italiana, edintegrate poi con l'evolversi dei rilevamenti medesimi alle scale di l:5.000 ed l:10.000, la diffusione dellacartografia ortofotografica alla scala l:10.000, e l'affermazione della cartografia tecnica numerica. Prodottocartografico, quest'ultimo, di primario interesse per lo sviluppo e la messa a punto dei sistemi informativiterritoriali georeferenziati.La formazione della cartografia tecnica regionale alle scale di 1:5.000 ed 1:10.000, si realizza attraverso lametodologia fotogrammetrica a partire dalla copertura aerofotogrammetrica del territorio interessato,effettuata rispettivamente alle scale di 1:13.000 ed 1:20.000.La Carta Tecnica Regionale Numerica fornisce un quadro molto accurato della morfologia del territoriodescritto e costituisce, nel contempo, un affidabile censimento dello stato di consistenza delle sue risorsenaturali, economiche ed antropiche. Un prezioso database indispensabile alla programmazione, allapianificazione e alla progettazione degli interventi di sviluppo e salvaguardia della realtà territorialerappresentata. Operazioni che comportano, come noto, la necessità di verificare una corrispondenza

Sistema di riferimento ED50Definizione• Ellissoide Internazionale (Hayford)• a ==6 378 388• f ==1/297• Orientamento medio europeo 1950 (European datum 1950)• origine delle longitudini GreenwichRealizzazioneNon ha una propria realizzazione, essendo nato per esclusivi scopi di omogeneizzazionecartografica per la cartografia a media e piccola scala, ma si basa su una rete diinquadramento consistente in una selezione delle reti di 1 ° ordine europee; il calcolo dicompensazione è stato eseguito nel 1950 dall ’A.M.S.(Army Map Service),poi D.M.A.(DefenceMapping Agency),oggi N.I.M.A.(Imagery Mapping Agency).Le coordinate geografiche sonostate ricalcolate in base a questa compensazione e al datum geodetico di cui sopra, con originedelle longitudini su Greenwich. La compensazione ED50 può essere usata per taluni scopipratici, soprattutto di tipo cartografico, ma non per quelli geodetici, ne operativi né tantomenoscientificiRappresentazione cartografica:Di Mercatore Trasversa Universale (per gli americani «Universal Transverse Mercator »)territo-rio nazionale praticamente compreso in due fusi di 6 ° di ampiezza, con meridiani centralia 9 ° e 15 ° di longitudine est Greenwich(fusi 32 e 33 del sistema internazionale)fattore di contrazione m 0 =0.9996falsa origine per le coordinate Est:500 kmfalsa origine per le coordinate Nord:0 nell ’emisfero Nord;10 000 km nell ’emisfero Sud.Nel sistema ED50 M.Mario ha coordinate:•ϕ =41 ° 55 ’31.487 ”•λ =12 ° 27 ’10.93 ”

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biunivoca di alta qualità metrica ed informativa, tra la realtà fisica territoriale medesima ed i contenuti fornitidalla sua descrizione cartografica numerica.

Il taglio dei fogli di questa cartografia discende da quella della carta alla scala l:50.000 adeguandosi alsistema ED 50. Ogni foglio della carta tecnica a scala 1:10.000, denominato sezione, é delimitato di normadalle trasformate di due paralleli e di due meridiani, aventi rispettivamente una differenza in latitudine di 3' ein longitudine di 5’. Ciascun foglio della carta alla scala 1:5.000, denominato elemento, é invece delimitatoda trasformate intervallate in latitudine di l' 30" ed in longitudine di 2'30"-L'inquadramento geometrico é derivato dai punti trigonometrici della rete geodetica nazionale, mentrel'inquadramento altimetrico e derivato a sua volta dalla rete di livellazione geometrica di alta precisionenazionale. I punti di appoggio per la restituzione fotogrammetrica sono di norma ottenuti peraerotriangolazione spaziale.La rappresentazione dell'orografia a curve di livello presenta rispettivamente una equidistanza di 10 m nellacarta al 1:10.000, e di 5 m nella carta al 1:5.000. La densità dei punti quotati varia con la morfologia, inrelazione alle situazioni locali, agli insediamenti ed alle infrastrutture territoriali presenti.I particolari topografici del terreno vengono in generale descritti nella loro forma e giusta grandezza in scala.Opportuni segni convenzionali sono stati tuttavia stabiliti dalla soppressa Commissione Geodetica Italiana,per la rappresentazione simbolica dei particolari topografici compresi nell'errore di graficismo, maindispensabili alla descrizionee del territorio interessato.La cartografia ortofotografica regionale viene prodotta per soddisfare interessi plurimi. Essa garantisce infattila geometria degli oggetti rappresentati, mantenendo intatto il contenuto dei fotogrammi aerei da cui traeorigine.La scala prescelta per le ortofotocarte regionali é in genere quella ad 1:10.000. e viene derivata da unacopertura fotografica a scala 1:36.000 od 1:40.000.La realizzazione dei voli di ripresa deve evitare le ombre e prediligere a tal fine le ore a cavallo delmezzogiorno solare locale, con raggi incidenti ad altezza superiore ai 35'.La produzione delle ortofotocarte viene effettuata per raddrizzamento differenziale della coperturaaerofotogrammetrica, e l'inquadramento del prodotto finale rimane sempre nel sistema nazionale Gauss-Boaga. L'errore di situazione dei punti fotografici non supera in genere il limite di 0,4 mm.

si inseriscono i link a www.rete.toscana.it

2.3.2 - La cartografia tematica

La lettura della rappresentazione cartografica e l’assimilazione dei suoi contenuti risultano di regola piùimmediate ed agevoli col diminuire della densità e cioè con la eliminazione dei dati geografici menoimportanti e semplificando le forme con la riduzione dei dettagli e delle classi, senza alterare però le relazioniintercorrenti fra i diversi elementi rappresentati.Particolarmente efficace risulta cosi, in questa stessa logica, la rappresentazione di un tema specifico che,inserito e distribuito sul territorio, ne caratterizza un suo aspetto qualificante.Numerosi possono essere i temi oggetto di rappresentazione grafica, e possono variare a seconda dellemodalità della rappresentazione effettuata, e a seconda dell’utilizzazione che può essere effettuata.Le carte tematiche, in generale, vengono classificate in carte tematiche analitiche e carte tematichesintetiche.. Le prime offrono una rappresentazione dettagliata di un solo tema o di più temi fra loro correlati;le seconde rappresentano invece nel loro complesso più informazioni o più fenomeni, nella globalità delleloro interrelazioni.Queste carte vengono poi distinte in carte tematiche di base e carte tematiche derivate, quando riportanorispettivamente informazioni qualitative e quantitative direttamente rilevate oppure ottenute perrielaborazione di altre documentazioni geografiche.La molteplicità degli argomenti tematici che possono essere oggetto di rappresentazione cartograficaimpone sempre una loro ben precisa individuazione e delimitazione, nonché una loro classificazione equantizzazione.

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2.4 Lettura della cartografia

Tutta la cartografia prodotta nel mondo ha elementi comuni o comunque facilmente assimilabili gli uni aglialtri.Generalmente l'output di un processo cartografico è un disegno (carta) del territorio realizzato in un sistemadi coordinate piane; i punti sono in corrispondenza biunivoca con quelli della superficie fisica del territoriorappresentato.La corrispondenza tra superficie di riferimento e superficie di proiezione è stabilita quando è fissato il mododi calcolare, per ogni punto dell'ellissoide, la posizione corrispondente sul piano della rappresentazione.Essa è data quindi n base a precise relazioni di tipo geometrico e/o matematico, che definiscono leequazioni della carta.La superficie fisica è approssimata con delle opportune superfici di riferimento.

Una carta deve soddisfare tre condizioni fondamentali:

Congruenza (una qualsiasi informazione contenuta nella carta non deve essere in contraddizione con lealtre)

Leggibilità (deve garantire l'univocità di interpretazione)

Veridicità

La carta, quindi, intesa come foglio disegnato completato con la cornice e le informazioni a margine,descrive sotto l’aspetto topografico e morfologico la porzione di territorio ivi riportata.Le informazioni che sono generalmente contenute in una carta riguardano:

• La planimetria, cioè la proiezione nel piano del disegno di particolari naturali ed artificiali delterreno.

• L'altimetria, fornita attraverso punti quotati e curve di livello (non è sempre presente, ad esempionon si trova nelle carte catastali).

Rivestono grande importanza, inoltre:• la precisione, che deve essere uniforme e inferiore ad una tolleranza predefinita (massimo

scostamento tra distanze e dislivelli ricavabili dalla carta e le corrispondenti quantità sulla superficiefisica).

• Il rapporto di scala 1:n, dove n è il numero di volte per cui risulta ridotta sulla carta la distanzatopografica tra due punti (in effetti in generale il rapporto tra la lunghezza della linea sulla carta equella corrispondente sulla superficie di riferimento varia da punto a punto; si considera allora comescala il rapporto riferito alle linee isometre, cioè quelle sulle quali le lunghezze sono conservate oalterate in rapporto costante, e si estende tale valore indicativo all’intera carta).

Il rapporto di scala determina il grado di dettaglio della carta, la sua precisione, l'equidistanza delle curve dilivello e la tipologia dei segni convenzionali adottati.

Planimetria e altimetria non sono, però, le uniche informazioni presenti, infatti sono riportate ancheinformazioni di "contorno", che definiscono il layout della carta:

Parametratura, Cornice Legenda

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Esempio di lettura della Carta topografica d'Italia serie 25/V

La carta si compone di 3545 elementi alla scala 1:25 000, denominati "tavolette", che hanno le dimensionidi 7'30" in longitudine e 5' in latitudine. Le diagonali sono di circa 12 km. Abbraccia una zona di terreno paria circa 100 kmq.

La carta è tutta pubblicata.È inquadrata nella rappresentazione conforme di Gauss-Boaga, nel sistema geodetico nazionale conreticolato chilometrico UTM riferito al sistema geodetico europeo (ED50).L'orografia a curve di livello ha equidistanza generalmente di 25 metri.

La carta proviene prevalentemente da rilievi eseguiti con metodo aerofotogrammetricoLa restituzione fotogrammetrica è stata effettuata alla scala 1:20 000 per migliorare poi nella riproduzione laqualità della rappresentazione al 25 000.Inizialmente (prima del 1929) si operava con rilevamento grafico diretto mediante tavoletta pretoriana(goniografo), da cui il nome delle carte, o mediante rilevamento fotogrammetrico terrestre.

È pubblicata a seconda delle aree in una sola delle tre versioni:• a un solo colore (nero);• a 3 colori (nero, bistro e azzurro) dopo il '46;• a 5 colori (nero, bistro, azzurro, verde e rosso) dopo il '59.

Nel 1986 è iniziato l’aggiornamento parziale delle tavolette relative alla zona nord-orientale dell’Italia.Al bordo della tavoletta sono riportate tutte (così come nelle carte alle altre scale) le indicazioni e le istruzionicartografiche e i segni convenzionali.Gli intervalli di longitudine e latitudine della tavoletta sono divisi in 1' mediante scacchi alternati che figuranonella cornice (le coordinate geografiche sono riferite all'ellissoide internazionale con orientamento medioeuropeo ED50, con ϕ MM = 12° 27' 10".93 (da Greenwich), λ MM= 41° 55' 31".49). Nella cornice si notanoinoltre i tratti relativi al reticolato chilometrico italiano Gauss-Boaga (non disegnato sul foglio).Nella parte a margine della tavoletta sono presenti le Istruzioni cartografiche costituite da

IL TITOLOIn questa parte della carta sono riportate tutte le informazioni relative alle caratteristiche della carta e granparte degli elementi necessari per interpretare correttamente le informazioni che essa deve fornire.1) Lo stemmaPermette di riconoscere chi è il produttore della carta;.2) LocalitàRiporta sinteticamente la zona coperta dalla carta, con riferimento alla città o località geografica piùrilevante. (in questo caso è Asso)3) ProiezioneSpecifica il tipo di proiezione cartografica utilizzata4) ScalaÈ il rapporto di riduzione impiegato per riportare sulla carta le distanze reali misurate sul terreno; in questocaso (scala 1:25.000) il significato è che un centimetro sulla carta corrisponde a 25.000 cm (250 metri) sulterreno.5) Riferimento geodeticoIndica quale, tra le diverse approssimazioni matematiche della forma terrestre, è stata utilizzata perrappresentare la forma di quella porzione di territorio. (rappresentazione conforme di Gauss-Boaga )

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6) Indice graficoÈ un riepilogo della data in cui sono stati effettuati i rilievi utilizzati per la costruzione della carta. Quanto piùessi sono recenti, maggiore è l'affidabilità della carta. (anno 1969 Restituzione Aereofotogrammetrico eaggiornamento 1972); copertura delle fotografie aeree.7) Quadro d’unione8) Limiti amministrativi9) Indicazioni del fuso e della zonaNella fascia marginale si trova l’indicazione del fuso della zona. Nello stesso riquadro oltre che il centro dellacarta si trovano le lettere del sistema binario che individuano il quadrato di 100 Km (nel nostro caso NR)10) Declinazione magneticaSulle tavolette troviamo in un riquadro gli elementi necessari al calcolo della declinazione; essi sono: a) ilvalore angolare (δ) della declinazione magnetica al momento della compilazione della carta b) l’anno in cuiquesta è stata compilata c) la variazione annuale del valore angolare della declinazione magnetica dellazona.11) Riferimenti per le quoteSu ogni carta le quote altimetriche sono riferite al livello medio mare.12) Scala graficaServe sia a misurare che a riportare sulla carta distanze in metri mediante l'uso del compasso.

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Istruzioni cartografiche sulla tavoletta IGM 1:25.000

Segni convenzionali sulla tavoletta IGM 1:25.000

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Riproduzione parziale della tavoletta

cornice

Reticolato ortogonale con lati di 4cm corrispondono alla maglia di 1Km : Reticolato chilometrico

Latitudine e longitudine ingradi, primi e secondi deivertici: in viola quelli chefanno riferimento aGreenwich, quelli in nero aMonte Mario

Segmenti alternati bianchi e nericon ampiezza di 1’

Distanza reale in Kmdall’equatore

Distanza reale in Kmdal meridiano

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2.4.1 Trasformazione di coordinate cartograficheLa necessità di correlare fra loro informazioni territoriali diverse georeferenziate, provenienti da fonticartografiche differenti, pone il problema della trasformazione delle coordinate dei punti da un sistema diriferimento ad un altro e viceversa.La trasformazione di coordinate più frequente è essenzialmente quella legata alle formule di corrispondenzadiretta ed inversa relativa alle rappresentazioni cartografiche utilizzate; la trasformazione delle coordinatespaziali ottenute mediante il GPS dal sistema WGS84 al sistema locale, e le trasformazioni di coordinate percambiamento del sistema di riferimento nel piano.Frequente risulta anche il problema relativo al cambiamento delle coordinate da un sistema cartografico adun altro. Problema che può essere agevolmente risolto, con l’ausilio delle rispettive formule dicorrispondenza, risalendo dalle coordinate piane nel vecchio sistema cartografico alle corrispondenticoordinate geografiche ellissoidiche e trovando infine, a partire proprio da queste ultime, le coordinate pianenel nuovo sistema cartografico.

2.4.2 La scala cartograficaRapporto fra la distanza su una carta, immagine o cliché fotografico e la distanza corrispondente sul terreno.Viene definita scala di proporzione il rapporto di proporzionalità esistente tra la porzione di superficieterrestre descritta in una carta geografica e la sua rappresentazione planimetrica.La scala viene di regola espressa da una frazione che indica il numero di volte in cui sono state ridotte neldisegno finale le lunghezze naturali del terreno. La frazione presenta al numeratore l’unità ed aldenominatore il corrispondente valore della distanza naturale.Il rapporto di scala utilizzato per una carta geografica determina il contenuto di informazioni e la dimensionedell’area che può essere rappresentata.La scala indica in pratica quante volte una porzione di superficie è stata ridotta per poter essererappresentata su un foglio di carta.In base alla scala possiamo distinguere:

carte geografiche (s < 1:1000000)carte corografiche (1:1000000< s < 1:200000)carte topografiche (1:200000< s < 5000)mappe (1:5000 < s < 1:500)piante (s > 1:500)

Maggiore è la scala della carta e maggiore è il numero di particolari rappresentati.Riguardo ai particolari rappresentati, essi saranno in scala se la loro grandezza lo consente. In casocontrario si dovrà ricorrere a segni convenzionali.Nel passare dalla carta ad una scala ad una a scala diversa si pone il problema della generalizzazionecartografica. Nell'esempio che segue si può osservare la stessa zona geografica (parte del centro della cittàdi Como) rappresentata a diverse scale (1:2000; 1:10000; 1:50000; 1:100000)

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Modelli e funzioniLa descrizione raster e vector del mondo nei SIT. Il modulo è finalizzato a mostrare le differenze e i campiapplicativi nei quali i due tipi di rappresentazione possono operare. Opportunità e limiti dell’utilizzazione delledue descrizioni della realtà.

3.1 Rappresentazione digitale dei dati geografici:La rappresentazione di oggetti del mondo reale secondo strumenti che vengono da un contesto scientifico ècomunque una rappresentazione imperfetta; infatti la nostra conoscenza delle entità e delle lorocaratteristiche è incompleta, gli strumenti logici, matematici e informatici che usiamo hanno le loro limitazionie infine la rappresentazione che usiamo ha delle specifiche finalità e quindi tende a trascurare aspetti chenoi consideriamo irrilevanti per tali scopi.La rappresentazione di entità del mondo reale e dei reciproci meccanismi di interazione tramite strumentimatematici prende il nome di modellazione.La modellazione ha lo scopo di poter trattare problemi del mondo reale tramite strumenti matematici.Nel mondo della grafica troviamo due strumenti di modellazione che, in modo sorprendentemente analogo,riprendono i concetti riportati sopra: le primitive vettoriali (vector) e la primitiva raster.Le primitive vettoriali nascono dai concetti della geometria euclidea: nel piano esse sono il punto, la linea el'area. La primitiva raster (il pixel) nasce dal concetto di una tassellazione sistematica e totale dello spaziocon un'areola quasi sempre rettangolare, molte volte quadrata.Un'area rappresentata in modo vettoriale è descritta tramite il suo perimetro e, se non esistono altre entità, lospazio intorno ad essa è ininfluente, e quindi inesistente. Se rappresentiamo la stessa area in modo raster,tutto lo spazio che trattiamo sarà codificato; solo alcuni pixel indicheranno la presenza dell'area, ma lamaggior parte avrà valore "nullo", ma, nonostante questo, anch'essi saranno codificati e presenti negliarchivi.Lo spazio geometrico può essere rappresentato pertanto secondo due criteri o modelli: il modello vettorialee il modello raster. La loro differenza in termini filosofici li renderà adatti a diversi tipi di dati. Ciascuno deidue modelli, a sua volta, si esprime attraverso alcune primitive: punto, linea, area per il modello vettoriale(anche volume se si opera nello spazio tridimensionale); pixel per il modello raster (anche voxel se si operanello spazio tridimensionale).

3.1.1 - Modello vector ( primitive geometriche vettoriali, topologia)La tecnologia GIS ci mette a disposizione una serie di primitive per modellare la geometria degli oggetti delmondo reale. Nel campo vettoriale esse sono Punto, Linea, Poligono. La primitiva Volume, facilmenteintuibile come significato, non viene usata.Non è detto che sia sempre possibile descrivere geometricamente in modo semplice un’entità territoriale conuna primitiva; per esempio il limite amministrativo di un Comune può essere descritto da più di un poligono,se esistono isole amministrative. Un caso più complicato è quello espresso in figura, dove per rappresentarel’idrografia occorrerebbe utilizzare contemporaneamente primitive di tipo Poligono e Linea.I software GIS gestiscono queste situazioni definendo primitive complesse formate da più primitive semplicidia dello stesso tipo che di tipo diverso. Di seguito ci limiteremo a discutere il caso in cui una primitivasemplice (un solo Punto, una sola Linea, una solo poligono) descrive in modo compiuto l’entità territoriale.

Punto

La primitiva Punto è costituita da una coppia di coordinate.

La primitiva Punto modella oggetti del mondo reale che possiamo rappresentare come punti; ma qualioggetti sono modellabili come “punti”?Alcune entità del mondo reale sono da un punto di vista semantico veri e propri punti; un puntotrigonometrico “è” un punto e analogamente la cima di un monte “è” un punto.Altre entità hanno una struttura areale, ma possono essere rappresentate come punti: questo può avvenire oper motivi di scala (stiamo operando ad una scala alla quale l'oggetto in questione ha una dimensioneinferiore ai 0.5 mm circa) o per motivi che dipendono dall’uso che si intende fare dei dati. Per esempioconsideriamo il caso di una piccola città che può avere un diametro di circa 1 km e quindi ben cartografabile

X Y attributi

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ad una scala di 1:250.000. Se l’obiettivo è creare un’applicazione GIS che tratti flussi turistici, la città saràben rappresentata da un punto, anche se alla fine verranno prodotte carte alla scala 1:250.000.Quando si usa la primitiva punto pertanto occorre tener presente un problema di modellazione consistentenella questione “quanto bene la primitiva modella l’entità del mondo reale che deve rappresentare”.

Linea

La primitiva Linea è costituita un insieme ordinato di punti; il punto iniziale e quello terminale sono chiamatiestremi.

La primitiva Linea modella oggetti del mondo reale che possiamo rappresentare come linee. Come nel casodei punti la rappresentazione di un oggetto tramite un Linea dipende dalla scala e/o dall’uso che si fa deidati.Un limite di costa è una linea, anche se in realtà è un oggetto di difficile definizione, meglio rappresentabilecon una fascia; una curva di livello (pur non essendo un oggetto) è una linea; un acquedotto si rappresentacome una linea quando ci interessa in quanto strumento di trasporto di risorse e non come occupazionefisica dello spazio, e analogamente una strada.Una linea è una spezzata che nella maggior parte dei casi simula una linea curva. Pertanto all’erroreintrinseco collegato al valore delle cordinate dei punti si aggiunge un errore di discretizzazione e unaconseguente riduzione della lunghezza della linea. Questo nuovo errore si misura come la freccia di quellaparte di arco che viene descritta da un segmento. Questo valore è in genere piccolo e spesso si cerca dicontenerlo nei limiti dell’errore di graficismo della carta da cui il dato proviene.

Ad una primitiva geometrica sono associati attributi che descrivono caratteristiche dell’entità del mondo realeche la primitiva rappresenta. Gli attributi possono assumere un solo valore che pertanto è da ritenersi validoper tutta la primitiva.Quando si usa la primitiva linea occorre tener presente un problema di modellazione (quanto bene laprimitiva modella l’entità del mondo reale che deve rappresentare), un problema di discretizzazione (con cheaccuratezza geometrica la primitiva modella l’entità del mondo reale che deve rappresentare) e il problemadell’omogeneità degli attributi (assicurarsi che gli attributi dell’entità che vogliamo rappresentare non varinoper ogni istanza della primitiva).

attributi X 1 Y 1

X 2 Y 2

X 3 Y 3

X n Y n

…. …. X 1 , Y 1

X n , Y n

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PoligonoLa primitiva Poligono descrive una parte di piano compresa all’interno di una linea chiusa ed è costituita uninsieme ordinato di punti; il punto iniziale e quello terminale coincidono.

La primitiva Poligono modella oggetti del mondo reale che possiamo rappresentare come aree e nonpresenta problemi di modellazione.Come la linea, il poligono, essendo descritta da una spezzata che in genere approssima una curva, presentaproblemi di discretizzazione che causano una riduzione del perimetro e una variazione (non definibile se inpiù o in meno) della superficie. Sempre in analogia con la linea, il poligono ha gli stessi problemi riguardantil’omogeneità degli attributi al suo interno. Se un attributo varia all’interno dell’oggetto, è necessario dividerel’oggetto originario in due o più oggetti in modo da avere omogeneità di attributi.

TopologiaLa topologia studia relazioni spaziali tra oggetti geometrici; nella tecnologia GIS la topologia suggeriscel’esplicitazione di una serie di relazioni spaziali tra primitive geometriche. Le relazioni si potrebbero anchecalcolare direttamente dalla geometria, ma sarebbe molto più costoso.Nello spazio della topologia le operazioni sono più semplici, in quanto simili a quelle che si fanno sugliattributi.

1. le linee convergono in un punto2. le linee che dividono aree non sono duplicate.

Se il dato è topologicamente consistente è possibile creare senza errori la sovrastruttura topologica; pertantola creazione della topologia si basa su una prima fase di verifica e correzione dei dati da un punto di vistageometrico e successivamente nella creazione delle relazioni topologiche.La topologia è quindi una sovrastruttura ridondante, che

dà maggiore efficienza nell’elaborazione;garantisce una certa coerenza dei dati;

Essa costa tuttavia nella preparazione dei dati, nell’importazione dei dati da altre fonti e nell’aggiornamento.Come già accennato, in un contesto topologico esistono primitive topologiche collegate a quellegeometriche:

il punto dove convergono linee si chiama nodole linee che dividono aree si chiamano archiIe aree si chiamano face (in italiano ancora aree).

Occorre ricordare che una linea, che in un contesto topologico ha la dignità di arco, è formata da diversisegmenti, che si incontrano in punti; questi punti non sono nodi, ma soltanto vertici, senza valenzatopologica; gli unici punti ad avere un significato topologico, e quindi identificabili come “nodi” sono gliestremi dell’arco.

attributi X 1 Y 1

X 2 Y 2

X 3 Y 3

X 1 Y 1

…. ….

X 1 , Y 1

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3.1.2 - Modello rasterEsiste una profonda differenza concettuale tra la rappresentazione di un oggetto tramite un punto (p.e. unpozzo o un traliccio a scale adeguate) e un altro tipo di entità puntuale quale può essere, ad esempio, laquota del terreno misurata in un certo punto. Nel primo caso il punto è la rappresentazione geometrica di unoggetto avente una sua completezza, nel secondo caso abbiamo una grandezza che si estende su tutto lospazio (la quota del terreno) e che viene misurata in un insieme finito di punti. Nel primo caso possiamoparlare di Punto-oggetto, nel secondo di Punto-misura.

Oltre ai valori di quota del terreno, sono casi interessanti di Punti-misura le misure di piovosità, o ditemperatura, o anemometriche raccolte in una serie di stazioni meteorologiche, ma che ovviamente siriferiscono a grandezze definite su tutto lo spazio; oppure le misure di temperatura e salinità dell’acqua delmare raccolte da navi oceanografiche, anch’esse conoscenza parziale e puntuale di grandezze definite suun’area molto vasta.

Quando una grandezza è definita su tutto lo spazio essa può essere rappresentata in modo analitico (cioètramite un’equazione) oppure tramite valori definiti in una serie di punti, oppure ancora sfruttando linee oaree. Nell’esempio in questione, la quota del terreno può essere rappresentata tramite punti quotati, otramite curve di livello (linee) o tramite aree che si trovano a intervalli prefissati di quota o ancora tramitecombinazioni di questi.

I Punti-misura che descrivono una certa grandezza possono essere distribuiti in modo irregolare o regolare:in quest’ultimo caso si parla di pixel.

Il termine pixel deriva da “picture element” e indica una parte di un’immagine che è stata divisa in modoregolare in piccoli elementi.

L’idea di dividere un’immagine in una serie di elementi regolari(tassellazione) in modo da poter misurare quantità associate ai singolielementi è abbastanza comune.

Sono esempi di tassellazione: Rasterizzazione di immagini fotografiche Rilevamento di immagini da satellite o da aereo tramite scanner Immagine televisiva (in questo caso la quantizzazione è definita per le

righe, non all’interno di una riga) Rilevamento per inventari forestali

Come si vede la tassellazione non è soltanto un’eredità tecnologica, ma èstata utilizzata anche in settori disciplinari prima dell’avvento delle tecnologieelettroniche e informatiche.

La tassellazione occupa per definizione tutto lo spazio (o almenoquello in cui è definita la grandezza in esame) e ogni pixel ha unvalore. Nella logica dei vettori (punto, linea e area) esiste uno spaziovuoto in cui sono definiti alcuni oggetti; nella logica raster esisteun oggetto che permea tutto lo spazio e che è misurato in uninsieme finito di elementi. Punto, linea e area rappresentanooggetti; il pixel non rappresenta un oggetto, ma è il luogo doveuna grandezza assume un certo valore.La forma dei pixel è generalmente quadrata: la stessadimensione sui due assi facilita le operazioni matematiche.Tuttavia nella maggior parte dei casi la tecnologia di acquisizioneha processi separati sui due assi e una tassellazione rettangolaresarebbe possibile. Così è stato ad esempio sui primi satelliti dellaserie Landsat, dove il pixel aveva dimensioni il cui rapporto eracirca ¾. La tendenza attuale tuttavia è quella di avere pixelquadrati

Tassellazione dello spaziotramite una griglia regolare nelledue direzioni.

Esempio di dato raster

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La sequenza di immagini ottenute da una foto aerea e ingrandite ogni volta di un fattore 3 mostrachiaramente come un pixel sia il luogo dove una grandezza (in questo caso la riflettanza) assume un certovalore e non si possa in alcun modo associare ad un pixel uno specifico oggetto.

In un’immagine telerilevata, da satellite o da aereo, ciascun pixel è un Punto-misura che portaun’informazione relativa ad una parte di territorio. Possiamo immaginarci due tecniche diverse per arrivare aquesto risultato: in un caso si riprende una fotografia tradizionale del territorio che sta al nadir dell’aereo osatellite e questa immagine viene tassellata; nell’altro caso uno strumento acquisisce l’informazione relativaai singoli pixel uno dopo l’altro, come se il “territorio fosse tassellato”. In ciascuno dei due casi, tuttavia, lamisura associata ad un pixel è un valore di riflettanza di un’areola elementare di territorio. La strutturageometrica dei pixel è l’immagine della struttura geometrica dei tasselli: due pixel adiacenti su un assenell’immagine corrispondono a misure effettuate sul territorio riguardanti due tasselli anch’essi adiacenti.E’ importante ricordare che un pixel non rappresenta un oggetto e il valore di radianza rappresenta unamisura, non l’attributo di un’entità territoriale. Tuttavia i valori di radianza dipendono dagli oggetti presenti sulterritorio per cui i pixel riportano, in una logica di contesto e non di singolo pixel, informazioni relative a talioggetti.

La foto, ingrandita più volte,mostra come un pixel sia lospazio dove una grandezzaassume un certo valore e comenon si possa in alcun modoassociare ad un pixel unospecifico oggetto.

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3.2 Acquisizione di dati Territoriali:

3.2.1- Tecniche di acquisizioneIl tavolo digitalizzatore è stato per molti anni lo strumento base per l’acquisizione di dati geografici;attualmente viene usato più raramente, in quanto in molti casi altre tecnologie di acquisizione sonopreferibili.Un tavolo digitalizzatore consiste in un supporto piano, le cui dimensioni vanno da 10x10 pollici (25x25 cm)fino al formato doppio A0, cioè circa 170x120 cm; nei formati più grandi si presenta in modo simile a quellodi un tavolo da disegno.Quando un oggetto è formato da più punti (p.e. una linea), l’operatore acquisisce una serie di punti insequenza, specificando, tramite i tasti del tastierino, quando si tratta di un punto iniziale o intermedio ofinale.Sarà poi compito del Software che gestisce l’acquisizione riassemblare l’insieme dei punti in un’unica entità.E’ importante ricordare che le coordinate fornite dal tavolo digitalizzatore sono le coordinate proprie deltavolo (coordinate strumentali) e non hanno niente a che vedere con alcun sistema di coordinategeografiche.Uno scanner è uno strumento in grado di trasformare un’informazione disponibile su supporto piano in unamatrice di pixel.L’immagine originaria viene concettualmente suddivisa in un insieme di elementi quadrati (picture element opixel) e a ciascuno di essi viene associato un numero che esprime il valore di riflettanza (o in alcuni casi ditrasparenza) dello stesso pixel.L’immagine è così trasformata in un insieme di numeri che possono essere memorizzati, elaborati, trasmessie ricomposti su un video in modo da ricreare, per un operatore, un’immagine molto simile all’originale.Un elementi tecnico caratteristico di uno scanner è la risoluzione, cioè la dimensione del pixel usata persuddividere l’immagine; le apparecchiature più comuni operano con risoluzioni da 75 a 600 ppi (punti perpollice) corrispondenti a circa 3 e 24 punti per mm. Le dimensioni delle immagini che possono essereacquisite vanno dal formato A4 al formato A0.Un altro elemento caratteristico è la capacità di uno scanner di acquisire un’immagine in bianco e nero o acolori; nel secondo caso vengono formate tre immagini, una per ciascuno dei tre colori Rosso/Verde/Blu. Ingenere il valore associato ad un pixel (sia in bianco e nero che a colori) viene codificato con 8 bit, e puòdunque assumere valori da 0 a 255. Alcuni sensori utilizzano un numero più elevato di bit, permettendo cosìrisoluzioni cromatiche più spinte.Durante il processo di acquisizione da uno scanner, l’immagine raster che si crea può essere di dimensioninotevoli, in termini di occupazione di memoria di un elaboratore.L’acquisizione di dati vettoriali da video gestisce, come documenti di ingresso, foto aeree, immaginitelerilevate da satellite e immagini cartografiche. In certi casi i dati di origine sono già in forma numerica(quando è stato usato uno scanner per l’acquisizione come avviene in generale da satellite e in certi casianche da aereo); negli altri casi (foto aeree e cartografia disegnata) le immagini devono essere rasterizzate.In ogni caso le immagini rasterizzate devono essere georeferenziate.L’operazione consiste nel visualizzare su monitor l’immagine rasterizzata e nel tracciare, con l’aiuto delmouse, i bordi di aree, linee o punti in corrispondenza degli oggetti che si intende acquisire. Poichél’immagine è georeferenziata, i dati vettoriali acquisiti saranno memorizzate con coordinate dello stessosistema di riferimento dell’immagine.L’acquisizione di elementi vettoriali da cartografia esistente è un procedimento relativamente semplice.Quando invece si tratta di acquisire dati da una foto aerea o da un’immagine telerilevata da satellite, sononecessarie competenze specialistiche.Abbiamo analizzato tre tecniche di digitalizzazione:

l’acquisizione manuale tramite tavolo digitalizzatore; l’acquisizione manuale a video; l’acquisizione tramite rasterizzazione.

Le prime due tecniche sono caratterizzate da una forte presenza dell’operatore che, grazie alle sue capacità,è in grado di scegliere in ogni istante l’azione più appropriata.Le prime due tecniche sono pertanto da preferirsi in tutti i casi in cui siano presenti ambiguità di qualunquetipo; una carta da digitalizzare di scarsa qualità grafica, con linee interrotte, con molti strati informativi, con lapresenza di campiture creano ai processi automatici attuali più problemi di quanti questi riescano arisolverne.Analogamente in tutti i casi in cui sono necessari processi interpretativi (p.e. l’identificazione della mezzeriadelle strade o l’interpretazione di immagini) il fattore umano diventa decisivo e le tecniche automatiche sonosconsigliabili.

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La terza tecnica, caratterizzata da automazioni più o meno spinte, è invece da preferirsi in tutti i casi in cuinon esistono elementi decisionali in quanto il documento da cui si acquisisce informazione è pulito e nonambiguo. È questo il caso di carte con pochi strati informativi, senza campiture, con linee pulite. In alcunicasi di particolare complessità, una carta può creare difficoltà anche ad una digitalizzazione manuale. Inquesto caso è possibile ridisegnare la carta, selezionando gli strati necessari, eliminando campiture erisolvendo ambiguità; il nuovo documento così ottenuto è evidentemente adatto ad un’acquisizione tramiterasterizzazione.

3.2.2 - Adeguatezza dei due modelli rispetto alle fonti di dati e agli usiEsistono alcune classi di oggetti per le quali la rappresentazione cartografica si adatta ad una trasposizionetal quale nel mondo GIS (strade, edifici, acque superficiali, reti tecnologiche); in altre parole larappresentazione di tali oggetti sulla carta avviene tramite primitive geometriche (aree, linee, punti) chepossiamo immaginare di avere a disposizione in uno strumento informatico. La definizione delle classi non èunivoca; ad esempio nel caso delle strade sarebbe possibile avere più classi (una per ogni tipo di strada)oppure una sola classe (con maggiore eterogeneità di oggetti) caratterizzando i vari tipi di strada tramiteattributi. La scelta da operare è un compromesso tra la frammentazione in troppi strati e l’eterogeneità degliattributi, e comunque dipende dagli scopi per cui viene creata la banca dati.

Altri oggetti sembrano comportarsi analogamente al caso precedente: boschi o vigneti potrebbero essererappresentati tramite aree. Però uno strato di “boschi” lascerebbe gran parte della carta vuota edescriverebbe solo le aree dove effettivamente esistono boschi. Si potrebbe invece generalizzare l’idea dibosco o vigneto in un concetto di “land cover”, cioè descrivere quale è la “copertura” del terreno in tutti ipunti; se si fa così occorre definire ulteriori valori per la classe (agricolo, urbanizzato, area industriale, acque,incolto, ecc.) e serve la competenza di un interprete per definire certe aree dai bordi incerti, tipicamente ilterritorio urbanizzato.

Il caso delle Curve di Livello (CdL) fa pensare che ciò che è disegnato non rappresenta direttamente unoggetto vero. Infatti quando guardiamo una carta, le CdL ci danno una prima informazione di “pendenza”,quindi una seconda di “esposizione” e finalmente, se guardiamo i valori associati alle CdL, abbiamoun’informazione di quota. Le CdL sono una modellazione discreta (per limiti del mezzo espressivocartografico) di un fenomeno continuo. Volendo stratificare l’informazione che abbiamo dalla cartadovremmo codificare, oltre a una carta di quote, una carta di pendenze e una di esposizioni. Con unostrumento GIS, diverso dalla carta, quote, pendenze e esposizioni potrebbero trovare un modo di codificadiverso.

Alcuni oggetti sulla carta non vengono riportati in un modello GIS: o perché è concettualmente errato(grigliato geografico), o perché è difficile da modellare (p.e. barbette), o perché non serve per quello chestiamo facendo (p.e. due bordi di strada invece che asse). Questi ultimi due casi dipendono dal modello datiche decidiamo di usare.

Portando informazioni dalla carta in un sistema GIS abbiamo• oggetti che si trasportano senza modificarne la struttura• oggetti che si creano interpretando informazione non strutturata presente sulla carta• oggetti che si creano elaborando dati che hanno un altro modello• oggetti che si perdono

La diversità di rappresentazione è legata ai mezzi espressivi che abbiamo a disposizione: sulla carta ilmezzo espressivo è la penna, per cui la tecnica di disegno è legata in modo inscindibile all’oggetto; in unsistema GIS esiste la possibilità di modellare le entità in modo più astratto e quindi più completo dal punto divista semantico.In genere il mondo raster è più adatto a misurare grandezze che variano con continuità mentre con oggetti ditipo vettoriale si rappresentano bene oggetti il cui carattere principale è la discontinuità al bordo. Unaindiretta conseguenza di questo è che il mondo raster rappresenta meglio oggetti “naturali” e il mondo vectoroggetti creati dall’uomo. Per la quota del terreno, è evidente che la rappresentazione più adatta all’interno diun sistema GIS è quella raster; tuttavia in una carta disegnata non è possibile rappresentare una grandezzatramite pixel e si ricorre ad una rappresentazione vector. Quest’ultima ha il vantaggio di aumentare ladensità di informazione là dove serve (in una zona impervia le curve di livello sono molto fitte); al contrario larappresentazione raster tradizionale usa pixel delle stesse dimensioni sia quando sarebbe opportuno averneuna maggiore densità (zone impervie) sia quando molti pixel vicini hanno lo stesso valore (ampie zonepianeggianti).

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3.2.3 - Problematiche di misura nei due formatiAffrontiamo ora alcune problematiche di misura in ambiente sia vettoriale che raster.Esaminiamo in primo luogo le tipologie di misura.In ambiente vettoriale si presentano i seguenti tipi di misura:

- misure di distanza e di lunghezza (teorema di Pitagora, valido in situazioni di bidimensionalità)- misure di aree di poligoni (metodo dei trapezi; applicazione di formule)

Nel raster si può operare in modo analogo per quanto riguarda le misure di distanza e lunghezza, il teoremadi Pitagora rimane valido. A titolo di completezza ricordiamo che esistono in ambiente raster altri tipi dicalcolo della distanza (calcolo della prossimità, calcolo di distanze incrementali).Il calcolo delle aree è semplicemente ottenuto moltiplicando il numero delle celle costituenti un’area per ladimensione della cella.Ci possono essere dei problemi se il poligono non è contenuto perfettamente all’interno delle celle.

3.3 Principali funzioni dei GISIl GIS memorizza le informazioni geografiche attraverso stratiseparati rappresentati sullo schermo geometricamente da punti lineeo aree. Per esempio uno strato di punti può rappresentare pozzi, unostrato di linee può rappresentare corsi d'acqua o strade, uno strato diaree può rappresentare aree di uguale uso del suolo, o costruzioni.Ad ogni elemento geografico corrisponde un attributo o elementodescrittivo che indica cosa rappresenta l'elemento spaziale, e la suaesatta posizione geografica espressa in coordinate. Tale concetto,semplice ma estremamente potente e versatile, si e' rivelato diincalcolabile valore per la risoluzione di molti problemi del mondoreale, dalla localizzazione dei veicoli di consegna allamemorizzazione dei dettagli dei piani urbanistici, allamodellizzazione della circolazione atmosferica.

3.3.1 - Funzioni di Base

La rappresentazione in un GIS comprende più tipi di media: lacartografia, le immagini, gli attributi, eventuali grafici, ecc. . Lavisualizzazione può essere fatta a diverse scale consentire ilpassaggio a diversi sistemi di coordinate, e permettere lamisurazione di distanze.Di seguito si descrivono le funzioni di visualizzazione simultanea dipiù strati informativi (overlay) e quella di navigazione all’interno dellostrato informativo (zoom,pan)

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3.3.1.2 OverlayL'integrazione di livelli di dati differenti richiede unprocesso denominato overlay. Nel caso più semplice,ci si può limitare ad un'operazione visiva, ma analisicomplesse richiedono che due o più livelli sianosovrapposti fisicamente. Tale overlay, o join spaziale,può integrare per esempio i dati su suoli, pendenze evegetazione, oppure può incrociare la proprietà delterreno con gli accertamenti fiscali.Le sovrapposizioni possono essere divise in trecategorie principali: punti su poligoni, linee su poligonie poligoni su poligoni: comune a tutte le operazioni dioverlay è che almeno uno dei tematismi consideratisia di tipo poligonale

3.3.3.3 Zoom, panLo zoom ed il pan sono funzioni per la navigazione all’interno dello strato informativo; lo zoom è la funzionedi ingrandimento o riduzione (in, out) della scala della mappa o dell’immagine a video, il pan è la funzione diposizionamento in base alla scelta di un nuovo punto centrale o di una finestra di scorrimento senzamodificare la scala della mappa o dell’immagine a video.

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3.3.1.4 SelezioneL’operazione di selezione permette di estrarre dal data base geografico uno o più oggetti e di evidenziarli omemorizzarli in una memoria intermedia per successive elaborazioni.L’operazione di selezione non è di per sè un processo elaborativo, ma lo è la tecnica con cui gli oggettivengono selezionati.

a) Selezione tramite puntamentoLa selezione tramite puntamento avviene tramite un meccanismo di interazione tra l’operatore e il sistema;l’operatore può identificare un oggetto tramite un cursore su video grafico, o definire un’area all’interno dellaquale il sistema deve identificare gli oggetti presenti. Il sistema risponde modificando su video il coloredell’oggetto selezionato o presentando l’oggetto in modo intermittente (blinking) o con altri criteri diinterazione grafica. In funzione dell’applicazione il sistema, una volta identificato l’oggetto, può restituire ilvalore degli attributi.

b) Selezione tramite condizione sugli attributiLa selezione tramite condizione sugli attributi avviene tramite la definizione, da parte dell’operatore, di unaserie di condizioni cui devono soddisfare gli oggetti da selezionare. Il sistema legge la condizione richiesta,la valida da un punto di vista sintattico e la esegue. Gli oggetti selezionati sono evidenziati o resi disponibiliper successive elaborazioni.

c) Selezione tramite condizione geograficaLa selezione di oggetti tramite condizione geografica presuppone che si operi soltanto sulla componentegeografica del dato con le operazioni geometriche, topologiche, insiemistiche e geografiche.

3.3.2 - Funzioni avanzateSono quelle funzioni che permettono, manipolando strati informativi esistenti, di ricavare nuovi tematismiterritoriali ad hoc.

3.3.2.1 BufferingLa definizione di un’area di rispettoè, insieme all’incrocio, una delleoperazioni più caratteristiche deisistemi GIS. La particolarità diquesta operazione consiste nel fattoche essa trova riscontro nellapratica quotidiana, cioè nel concettodiffuso di cintura di protezione chesi estende intorno ad una strutturapuntuale, lineare o areale.L’area di rispetto è definita comeun’area che si estende all’intorno diuna primitiva geometrica in modo che tutti i punti del piano che giacciono ad una distanza minore di un certovalore prefissato da un qualunque punto della primitiva fanno parte dell’area stessa.Il valore della distanza è un parametro dell’operazione e può essere funzione di uno degli attributidell’oggetto descritto dalla primitiva. In questo senso l’operazione di area di rispetto coinvolgecontemporaneamente sia la parte geografica che quella descrittiva dell’oggetto su cui si applica.Il risultato dell’operazione area di rispetto (nota anche come buffering) è un’area che in generale non haalcun attributo; nonostante questo è un’operazione molto complessa da un punto di vista algoritmico: nontutti i sistemi GIS la implementano, e alcuni la eseguono, per semplicità computazionale, ricorrendo almodello raster.

3.3.2.2 IncrocioL’operazione di incrocio è quella che più di ogni altra esalta le caratteristiche dei sistemi GIS comeintegratori di dati. L’operazione di incrocio opera su due strati informativi diversi, ne integra le informazioni ealla fine crea un nuovo strato informativo dove ogni elemento eredita tutte le caratteristiche provenienti daiprecedenti. L’operazione di incrocio è la traduzione algoritmica di quello che è il significato più profondo deiGIS: l’integrazione di dati eterogenei.

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Dato un insieme di strati informativi, l’operazione di incrocio può essere effettuata tra il primo e il secondo, ilrisultato col terzo e così via; ne consegue che l’incrocio non è concettualmente limitato ad una coppia distrati e alcuni software permettono di effettuare tale operazione direttamente su un numero di strati maggioredi due.L’operazione di incrocio, per quanto riguarda l’aspetto geometrico, può operare su qualunque coppia di strati(aree-aree, linee-linee, linee-aree, punti-aree, ecc.), ma solo nel primo caso si può parlare di incrocio inquanto solo in quel caso l’oggetto risultante (l’areola) eredita in modo pieno gli attributi degli strati informatividi partenza; negli altri casi l’operazione, geometricamente possibile, ha un significato diverso, come vedremoin seguito.

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Descrizione geografica Attributi

Organizzazione dell’informazionePrincipi e metodi dell’organizzazione della informazione spaziale e di quella ad essa correlata. Il modulo èfinalizzato alla introduzione dei concetti relativi al mondo dei dati collegati con il SIT siano essi di caratterespaziale e non.

4.1 Organizzazione degli attributi Gli oggetti che troviamo rappresentati su una mappa sono caratterizzati dal fatto di possedereun’informazione geografica e una descrittiva (attributi). Per esempio un edificio porta un’informazione geografica consistente nella sua posizione sul territorio e unadescrittiva consistente nella sua tipologia; analogamente una strada, una sezione di censimento, un lago, un

traliccio, ecc. All’interno di un sistema informativogli attributi vengono gestiti in formatabellare se il numero è limitato enon vengono richieste particolarioperazioni e legami tra loro. Quando gli attributi sono tropponumerosi o complessi, la gestione

tabellare risulta poco efficiente e si ricorre a strumenti nati per la gestione di più tabelle, i database.L’ organizzazione concettuale dei dati geografici ed alfanumerici è definita dalla struttura logica prescelta perla base dei dati o database, e dai criteri adottati per la conseguente utilizzazione dei dati geograficimemorizzati.L'utente di un GIS non ha solo bisogno di restituire una carta delle zone edificate, quanto di rappresentareun tematismo, ad esempio, retinarla in funzione dell'età media della popolazione residente.Per ottenere questo potrebbe interrogare una banca dati di tipo relazionale: per esempio, ad ogni edificiopotrebbe essere associato un indirizzo, mentre in un altro data base (quello anagrafico) ad ogni indirizzopotrebbe essere associata la data di nascita delle persone che vi risiedono.Tramite quindi l'informazione "Indirizzo" si potrebbe creare una relazione tra i due data base ed effettuareun'analisi relativa all'età media restituendola poi graficamente su carta.Dalla stessa analisi si potrebbe poi derivare un nuovo tematismo relativo all'anzianità dei residenti eutilizzandolo in sovrapposizione al tematismo relativo alla carta dei bacini d'utenza dei centri anziani delComune o dei servizi materno-infantilidell'Unità Sanitaria Locale, verificare lacongruenza tra bacini d'utenza dei servizi(offerta) e potenziale utenza (domanda)per poi decidere eventualmente un nuovopiano d'azioneo di sviluppo. Gli attributi che possonorisiedere anche su più sistemi ed essereaggiornati da molti applicativi (nel casoprecedente sono aggiornati dall'ufficioanagrafe e utilizzati da quello dipianificazione dei servizi), sono in generememorizzati su dei data base relazionali edinterrogabili mediante linguaggi di tipo SQL(Structured Query Language).Una struttura relazionale del data baseaccuratamente progettata permette dieffettuare diverse analisi sui dati senzaessere costretti in percorsi obbligati. In altre parole, oggi possono essere estratte le date di nascita, domanisi potrà condurre un'analisi sulla numerosità dei nuclei familiari e quindi una simulazione del carico della retefognaria o della domanda di servizi scolastici. La capacità di integrare, nel modello dati di un GIS, attributiprovenienti da diversi data base anche raggiunti in rete locale o geografica mediante strutture relazionali esecondo formalismi SQL è oggi una necessità imprescindibile.

4.1.1 - Introduzione ai data base

Uno dei principali compiti dei sistemi informatici è l'attività di raccolta, organizzazione e conservazione deidati. Tali sistemi garantiscono che questi dati siano conservati in modo permanente su dispositivi per la loromemorizzazione, permettendone l’aggiornamento e rendendone possibile l’accesso da parte degli utenti.

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La più generale definizione di una base di dati è collezione di dati utilizzati per rappresentare le informazionidi interesse per un sistema informativo.Se prendiamo come esempio i dati relativi alle applicazioni bancarie noteremo che essi hanno una strutturasostanzialmente invariata da decenni, mentre le procedure che agiscono su di essi variano con una certafrequenza. Inoltre, quando viene introdotta una nuova procedura occorre, prima di tutto, “ereditare”(=importare) i dati dalla vecchia, se pur con le necessarie trasformazioni.Questa caratteristica di stabilità porta ad affermare che i dati costituiscono una “risorsa” per l’organizzazioneche li gestisce, un patrimonio significativo da sfruttare e proteggere. Le normative attuali in fatto di privacy etutela delle basi di dati lo dimostra.Un modello di dati è un insieme di concetti utilizzati per organizzati i dati di interesse e descrivere lastruttura in modo che essa risulti comprensibile ad un elaboratore.Ogni modello di dati fornisce meccanismi di strutturazione, analoghi ai costruttori di tipo dei linguaggi diprogrammazione, che permettono di definire nuovi tipi sulla base di tipi elementari predefiniti.

L’organizzazione concettuale dei dati, geografici ed alfanumerici, è definita dalla struttura dei database, oDBMS, acronimo di database manegement systems. I Data base si differenziano in funzione della struttura egestione degli archivi dei dati. La scelta di un tipo di struttura o dell’altro per la formazione di un database èsempre funzione delle caratteristiche del sistema informativo gestito dall’utente.Può aversi un solo database per gestire le componenti geometrica ed alfanumerica del dato, oppure duedatabase separati, uno per ciascuna componente, o ancora un database per i dati geometrici connesso a piùdatabase per le componenti alfanumeriche.Le strutture logiche messe finora a punto, risultano essenzialmente di quattro diverse tipologie, e cioè quelledei Database gerarchici, dei Database reticolari, dei Database relazionali e dei Database a oggetti.Esse si differenziano in particolare come segue:

a) Database gerarchicoTrae origine dalle strutture di memoria in servizio quando si impiegavano tecniche sequenziali.Questo modello logico rappresenta le informazioni in maniera compatta, senza differenziarle dallo loro realtàfisica. Ogni record ha infatti valore nel suo contesto.Presenta infatti una struttura ad albero, ove la cima della gerarchia è rappresentata dalla radice che ha unoo più elementi inferiori ad essa relazionati, senza alcuna connessione tra gli elementi della stesso livello. E’una struttura essenzialmente inflessibile e pertanto alquanto svantaggiosa.L’impiego del modello gerarchico presenta poi qualche difficoltà allorché si debba procedereall’aggiornamento della base dei dati, o si debba invece procedere ad una sua espansione o riduzione.

b) Database reticolareE’ un modello molto elaborato, che offre una rappresentazione molto compatta, ammettendo per ogni recordstrutture superiori e inferiori.E’ alquanto simile al modello gerarchico, ma presenta tuttavia una maggiore flessibilità poiché consentecollegamenti anche tra elementi appartenenti allo stesso livello. In questa struttura a rete ogni elemento ogruppo di elementi simili è connesso a diversi elementi appartenenti a livelli diversi senza vincoli nel tipo direlazione.La base dei dati è dipendente dalla rappresentazione fisica delle informazioni che esprime, è agevolmenteaggiornabile e ridimensionabile.

d) Database a oggettiE’ la struttura di più recente sperimentazione e sviluppo. In essa un qualsiasi oggetto può essererappresentato con precisione come entità omogenea indipendente. Gli elementi costituenti questo modellosono gli oggetti e le loro classi.Tutti questi diversi modelli logici possono coesistere in un archivio elettronico di dati, quando la loroutilizzazione venga opportunamente armonizzata dal sistema di gestione.Appare tuttavia utile osservare che la struttura gerarchica offre il vantaggio di considerare i dati in una formaordinata, e che la suddivisione degli oggetti in categorie, sottocategorie, etc. facilita l’elaborazione dei datimedesimi.A fronte di questo vantaggio essa comporta però maggiori difficoltà nelle operazioni di aggiornamento ecorrezione dei dati, e richiede inoltre un sistema di codifica molto articolato, capace di individuare sia glioggetti che il loro livello gerarchico. Un inconveniente di non poco conto allorché si proceda all’acquisizionedei dati per mezzo della restituzione fotogrammetrica.

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La struttura relazionale presenta invece al confronto una concezione molto più semplice, come semplicerisulta il sistema di codifica che talvolta si riduce soltanto all’indicazione del livello di appartenenzadell’oggetto.Aspetto tipico della struttura relazionale è infatti quello di distribuire gli oggetti in livelli, cioè inraggruppamenti, che hanno però la caratteristica di essere tra loro indipendenti, e che concettualmenteripetono.

c) Database relazionaleE’ il modello più semplice e più immediato. Infatti, nell’ambito di una relazione, ogni informazione deveessere di tipo elementare.La base dei dati viene definita, in questo modello, come un insieme di relazioni normalizzate di grado diversoe variabili nel tempo. Nessun problema si pone per l’espansione o per la riduzione della base dei dati, nétanto meno per il suo periodico aggiornamento.In questa struttura i dati sono organizzati in tabelle dove le righe sono i record e le colonne sono i campi. Ingenere non vi è gerarchia di campi all’interno dei record, poiché ciascun campo può essere usato comechiave di ricerca attraverso interrogazioni interattive.I dati sono organizzati come insiemi di valori nei record e raggruppati in tabelle bidimensionali salvateognuna come un singolo file.Attraverso gli attributi in esse contenuti si possono stabilire delle relazioni tre le diverse tabelle, ottenendouna grande flessibilità della struttura, che risulta di fatto fra le più utilizzate e diffuse.

Rappresenta il modello su cui si basa la maggior parte dei sistemi di basi di dati oggi sul mercato. Talemodello fu proposto in una pubblicazione scientifica nel 1970 al fine di superare le limitazioni logiche deimodelli allora utilizzati, che nonpermettevano di realizzare efficacementela proprietà di indipendenza dei dati, giàriconosciuta come fondamentale. Sebbenei primi prototipi di db basati sul modellorelazionale risalgano ai primi anni settantabisognerà aspettare la metà degli anniottanta perché tale modello acquisisca unafrazione significativa di mercato. Lalentezza di affermazione del modellorelazionale deriva principalmente dal suoalto livello di astrazione: non è statoimmediato per gli operatori del settoreimparare ad individuare relazioni efficienti.

Il modello relazionale si basa sudue concetti fondamentali : relazione etabella. Mentre il concetto di tabella è facilmente intuibile, quello di relazione proviene dalla matematica, edin particolare dalla teoria degli insiemi. E’ opinione diffusa che parte del successo del modello relazionalederivi dalla presenza contemporanea di questi due concetti, uno intuitivo ed uno formale. Infatti, mentre letabelle risultano naturali e facilmente comprensibili le relazioni garantiscono una formalizzazione semplice echiara che ha permesso uno sviluppo teorico del modello finalizzato al raggiungimento di risultati di interesseconcreto.

Il modello relazionale risponde al requisito dell’indipendenza dei dati e, pertanto, prevede un livellofisico ed un livello logico. Utenti e programmatori interagiscono solo col livello logico e quindi non ènecessario che essi conoscano le strutture fisiche della base di dati. Anche questo aspetto è responsabiledel suo successo dato che i suoi principali concorrenti (reticolare e gerarchico) obbligavano gli utilizzatori aconoscerne, almeno a grandi linee, la struttura realizzativa.Di seguito viene riportata una Tabella così come viene definita utilizzando il D.B.M.S. Access.

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Lo Schema Logico dei Legami e delle Tabelle così come viene formalizzato dal D.B.M.S. ACCESS.

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4.2 Attributi e rappresentazioni territorialiL'elemento più importante del modello dati di un GIS sono gli attributi. Infatti una applicazione per cartografiaha l'obiettivo principale di riprodurre su carta delle cartografie, mentre un GIS ha il suo obiettivo principalenell'analisi dei dati, per diventare uno strumento disupporto alle decisioni.Una peculiarità che distingue i GIS dai sistemi dicartografia numerica più tradizionali è la possibilitàdi associare ad elementi geometrici rappresentatividi oggetti o aree sul territorio, attributi edinformazioni di vario tipo (dati alfanumerici, testi,foto, disegni, ecc.).

4.2.1 Costruzione di carte tematicheAd ogni elemento o ad ogni insieme di elementi èpossibile associare un numero infinito di attributi edefinire le relazioni che sussistono fra di essi.Generalmente gli attributi del formato vettoriale sono inseriti in un data base relazionale, pertanto ladefinizione di tabelle e relazioni può essere considerata dinamica e flessibile nel tempo, cosa che offrepotenzialità molto vaste nella struttura degli archivi e nelle applicazioni.In sintesi, mentre il formato raster, per la stessa struttura logica delle informazioni si presta bene a gestiredati tematici, il formato vettoriale è molto più indirizzato verso strutture complesse di relazioni fra leinformazioni descrittive legate agli oggetti rappresentativi del territorio.Per i dati raster è possibile associare ad ogni cella elementare, rappresentativa di una certa area sulterritorio, un numero infinito di attributi. Inoltre a classi di attributi possono essere associate ulterioriinformazioni.Per esempio, in un'immagine da satellite, ad ogni cella sono associate le risposte spettrali delle diversebande, oltre a poter essere associato il valore di classe di uso del suolo calcolato con opportuni algoritmisulla base delle varie risposte spettrali. Per quanto riguarda il formato vettoriale, gli oggetti presenti sulterritorio possono essere rappresentati da elementi puntuali, lineari o poligonali o da insiemi compositi diquesti elementi di base (oggetti).

4.3 Problemi di comunicazione e integrazione di data base diversi

Il patrimonio informativo è quasi sempre privo di un'efficiente strutturazione, in molti casi le informazioniesistono ma non sono univoche oppure presentano anomalie di vario genere.Affinché le diverse banche dati reperibili siano utilizzabili in un unico sistema di gestione occorreomogeneizzare e normalizzare tali dati attraverso un Data Fusion (Sistema di fusione degli archivi).Tale sistema permette di reperire in modo parametrico tutte le informazioni di natura e tipologia anche moltodiverse tra loro, trattare le informazioni attraverso processi di normalizzazione e omogeneizzazione,rapportare tra loro dati interni ed esterni, ottenere una visione univoca delle informazioni.Il Data Warehouse è l'insieme delle banche dati trattate. Ogni variazione delle diverse fonti di dati necessitadi un processo di aggiornamento del Data Warehause.Recuperati e omogeneizzati i dati che si ritengono necessari alle analisi che si intendono fare si procede conl’individuazione degli oggetti cartografici ad essi collegati. Questo avviene individuando inizialmente strade,civici ecc. (scale, interni, particelle catastali).Questo primo sforzo permetterà in seguito di aggregare i dati secondo le unità minime da considerare qualioggetti per le analisi territoriali (per esempio le zone territoriali omogenee del P.R.G.C., strade, edifici, zonecensuarie) da definirsi in base all’obiettivo.In base alla dimensione di tali unità si avrà una rappresentazione più o meno particolareggiata del problema.In molti casi una definizione molto dettagliata diventa poco leggibile. E’ quindi necessario definire di volta involta le aggregazioni utili.L'associazione delle diverse informazioni ad ogni singola unità territoriale, quali destinazione d'uso, densitàdi popolazione, stato della proprietà, gettito, …, permette di produrre tematismi utili al confronto tra le diversearee.Supportati anche dall'utilizzo di indicatori, che permettono di tradurre e fornire in termini semplici informazioniconcise, scientificamente valide, comprensibili a tutti i livelli sociali, è possibile procedere alla classificazionedelle diverse morfologie delle strutture sociali e delle zone urbane.

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4..5 Costruzione di un Sistema InformativoCome tutti i sistemi, anche i Sistemi Informativi Territoriali prevedono una fase in cui i dati sono immessi nelsistema, una fase in cui sono gestiti ed elaborati e una in cui i risultati vengono portati all'esterno.

Nel caso dei Sistemi Informativi Territoriali si possono suddividere le tre fasi in sei parti che chiameremoacquisizione, preelaborazione, gestione, elaborazione, analisi e presentazione.

La fase di acquisizione si occupa- di immettere nel sistema dati partendo dal loro formato naturale e traducendoli in un formato gestibile

direttamente da un calcolatore; questo richiede l’utilizzo di periferiche (tavolo digitalizzatore, scanner,ecc.) e di software specializzati;

- di acquisire all’interno del sistema dati già in formato numerico forniti da terzi.

La fase di preelaborazione è una fase necessaria per trasformare dati in formato numerico, e come tali giàtrattabili da un calcolatore, in dati adatti ad essere gestiti dal software che stiamo usando nella nostraspecifica installazione e coerenti con gli altri dati che possediamo. La fase di preelaborazione trasforma unaaccozzaglia di dati in un insieme organico e coerente di dati.La fase di preelaborazione prevede operazioni che, in alcuni casi, vengono eseguite contemporaneamentealla fase di acquisizione: pertanto non sempre le due fasi sono chiaramente separabili.Rendere i dati acquisiti coerenti con gli altri gestiti dal sistema richiede spesso un processo in cui i due grupidi dati vengono confrontati; questo è evidenziato dalla freccia che parte dal sistema di gestione e va indirezione del sistema di preelaborazione.

La gestione non è un momento singolare nella vita del dato; essa consiste nella presenza di una serie dirisorse, a supporto del dato stesso, che intervengono nei vari momenti della vita del dato: quello dellaimmissione del dato nel sistema, quello del suo richiamo per analisi e interrogazioni e infine quello del suouso per disegnare carte e produrre tabelle.La gestione del dato avviene tramite strumenti informatici noti come Data Base Management Systems(DBMS) o, nel nostro caso, GeoDSMB che permettono di gestire i dati in modo efficiente; la contropartitadell’efficienza è che tali strumenti costituiscono una barriera tra i dati e chiunque voglia accedervi; in altre

Dati

Acquisizione

Preelaborazione Gestione

Elaborazione

Analisi

Presentazione

Strumenti Fornitori

Video Carta

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parole una volta scelto un GeoDBMS esso costituisce l'unico modo per leggere i dati dal sistema o perscriverne di nuovi.

Le fasi di analisi e elaborazione riguardano tutte le operazioni che l'utente compie per manipolare etrasformare i dati secondo vari criteri ed estrarre da essi le informazioni utili al proprio lavoro. Le operazioniche i sistemi riescono a compiere sono molte e dipendono dal sistema stesso e dai dati su cui si opera.Le funzionalità disponibili in queste due fasi sono molte e possono essere classificate secondo vari criteri;nella figura si tende a separare i processi che trasformano i dati e creano nuovi livelli informativi da quelliche rispondono a domande, anche complesse, formulate dall’utente.

La fase di presentazione è quella in cui i dati presenti nel sistema, selezionati e/o manipolati dall’utentetramite un’azione di analisi, vengono presentati su un supporto cartaceo (tramite stampanti o plotter) ovolatile (tipicamente un video terminale).