GIS metodi e strumenti - Dipartimento di Biologia

POLITECNICO DI MILANO - FACOLTA’ DI INGEGNERIA
DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA DEI SISTEMI EDILIZI E TERRITORIALI
ANGELA POLETTI
Professore Associato
ANTONIO ACERBI
Ingegnere
CORSO GIS PER FUNZIONARI TECNICI
DELLA PUBBLICA AMMINISTRAZIONE
Primo volume
Introduzione agli aspetti informatici dei GIS
Presentazione
I Geographic Information System sono uno strumento “globale” utile nella impostazione,
definizione, restituzione, comunicazione di un piano o di un progetto.
Possono contribuire alla costruzione di un “sistema informativo” nel senso di sistema di
informazioni codificato, strutturato secondo un metodo, archiviato, ma interrogabile ed
idoneo (in quanto aggiornabile) a dar conto in tempo reale delle trasformazioni
dell’”ambiente” al quale viene riferito.
INDICE
Cos’è il GIS ? .......................................................................................................................................................... 1
Evoluzione delle tecnologie GIS............................................................................................................................. 1
Sviluppo delle metodologie................................................................................................................................. 2
Sviluppo delle tecnologie informatiche............................................................................................................... 2
Descrizione di un GIS ............................................................................................................................................. 3
Componenti del GIS............................................................................................................................................ 5
Hardware ......................................................................................................................................................... 5
Software .......................................................................................................................................................... 8
Definizione dei dati necessari al GIS e dei loro requisiti .............................................................................. 10
Personale ....................................................................................................................................................... 12
Metodologie .................................................................................................................................................. 12
Tecnologie GIS e tecnologie correlate .................................................................................................................. 13
Desktop Mapping .............................................................................................................................................. 13
Computer Aided Design and Drafting (CADD)................................................................................................ 13
Advanced Mapping/Facility Management (AM/FM) ....................................................................................... 14
DataBase Management System ......................................................................................................................... 14
Global Positionig System (GPS) ....................................................................................................................... 17
Document Imaging ............................................................................................................................................ 17
Multimedia ........................................................................................................................................................ 17
Acquisizione raster ............................................................................................................................................ 18
Georeferenziazione di cartografia ..................................................................................................................... 18
Geographic Information System (GIS) ................................................................................................................. 19
Dati spaziali....................................................................................................................................................... 20
Rappresentazione delle entità geografiche sulla cartografia. ........................................................................ 21
Proiezioni cartografiche ................................................................................................................................ 21
Topologia: definizione delle relazioni spaziali.............................................................................................. 23
Tabelle degli Attributi ................................................................................................................................... 26
Dati tabellari ...................................................................................................................................................... 31
Associazione fra attributi e dati spaziali........................................................................................................ 32
Rapporti tra record......................................................................................................................................... 33
Metodi di associazione .................................................................................................................................. 34
L’analisi spaziale............................................................................................................................................... 41
Le operazioni di analisi spaziale.................................................................................................................... 42
Interrogazioni o QUERY .................................................................................................................................. 58
Identificazione ............................................................................................................................................... 59
Query sugli attributi....................................................................................................................................... 60
Query spaziali................................................................................................................................................ 62
Cos’è il GIS ?
Un GIS («Geographic Information System») è un insieme di tecnologie di informazione, dati
e procedure utilizzabili per raccogliere, conservare, manipolare, analizzare e produrre mappe
ed altri tipi di rappresentazioni in grado di fornire informazioni descrittive di elementi che
esistono o di eventi che accadono sulla terra.
La tecnologia GIS integra la capacità di effettuare operazioni sui database, come
interrogazioni ed analisi statistiche, con gli straordinari benefici offerti dalla visualizzazione e
dall’analisi geografica, caratteristici delle mappe.
Queste capacità distinguono il GIS da altri sistemi informativi e lo rendono appetibile ad una
gran quantità di soggetti come supporto alla spiegazione di avvenimenti, alla previsione di
risultati ed alla pianificazione di strategie.
Le possibilità di applicazione dei GIS ai vari settori della pianificazione, programmazione e
gestione di territori e/o ambienti (esterni o confinati) ne fanno uno strumento globale.
Il GIS applica i principi della geografia (intesa come studio ed unificazione di varie scienze in
grado di portare ad una comprensione generale della natura dell’ambiente antropizzato)
all’organizzazione ed all’uso dell’informazione, utilizzando lo spazio come campo d’azione
per la risoluzione di problemi pratici. Il GIS, come la geografia, ha come punto focale la
manipolazione e la analisi dei dati che riguardano elementi del mondo reale all’interno di una
cornice spazio-temporale: gran parte delle procedure di manipolazione ed analisi dei dati (ad
es. trasformazioni di coordinate, analisi di vicinanza e contiguità, aggregazione spaziale,
sovrapposizione di poligoni, ecc.) sono comuni sia ai sistemi GIS che alla geografia.
Questi concetti, quindi, non sono nuovi: è nuova l’applicazione della tecnologia
dell’informazione. Nel passato i mezzi più comunemente utilizzati per contenere ed
analizzare informazioni geografiche erano le mappe cartacee. L’interpretazione dei simboli
rappresentanti i vari elementi e l’analisi delle relazioni esistenti tra di essi era svolta
dall’uomo attraverso la lettura e l’interpretazione della mappa.
Evoluzione delle tecnologie GIS
Il raggiungimento dell’attuale livello di sviluppo dalle tecnologie GIS è stato possibile grazie
ai progressi compiuti sia in campo metodologico sia nel campo delle tecnologie informatiche.
1
Sviluppo delle metodologie
Negli anni ‘60 i concetti derivati dall’analisi attraverso mappe furono applicati a vari
problemi di tipo ambientale e umano. Uno degli ostacoli incontrati era la difficoltà, se non
l’impossibilità, dell’integrazione delle informazioni ricavabili da tante mappe con differenti
temi: sebbene i temi condividessero uno spazio geografico comune, il supporto delle mappe
rendeva difficile l’integrazione delle informazioni.
I primi tentativi di integrazione utilizzarono la tecnica di sovrapporre copie trasparenti
relative ai vari temi su un tavolo luminoso: il più famoso utilizzatore di questa tecnica fu Ian
McHarg (1969).
Howard Fisher lavorò su questi concetti base e sull’idea di applicare il computer a questo tipo
di analisi, posizionando valori statistici all’interno di una griglia (quadrettatura): questo
programma, chiamato SYMAP, può essere considerato il punto di partenza della tecnologia
GIS.
Da questi primi lavori e dai rapporti con l’applicazione dei principi della geografia alla
manipolazione di dati geografici, derivò una scuola di pensiero che produsse approcci
formalizzati alla combinazione di vari temi di informazioni geografiche. Questi approcci
furono in seguito inseriti nei software che formano le basi della tecnologia GIS come la
conosciamo oggi.
I concetti ed i principi della geografia fondamentali all’implementazione dei GIS, sono:
•
Georeferenziazione: il processo di localizzazione di elementi all’interno di un modello
della superficie terrestre;
•
Geocoding: il processo attraverso il quale si applica un riferimento geografico ad un dato
non geografico;
•
Topologia: la branca della matematica che definisce le relazioni tra elementi.
Questi concetti base, quando correttamente implementati, creano un modello del mondo reale
che può essere manipolato ad analizzato allo scopo di ottenere informazioni utili per prendere
decisioni su azioni di gestione del mondo reale.
Sviluppo delle tecnologie informatiche
Quando le tecnologie informatiche furono introdotte negli anni ’50 e ’60, vennero utilizzate
con successo in applicazioni destinate ad automatizzare le procedure relative a processi che
2
esistevano da molti anni: contabilità, personale, ecc. In quegli anni la tecnologia dei computer
veniva denominata «data processing».
I sistemi di grafica computerizzata furono sviluppati per creare, modificare, immagazzinare, e
recuperare le mappe, i disegni e i progetti usati da professionisti.
Negli anni ’70 ed ’80, furono sviluppati ed implementati i sistemi di gestione dei database
(«database management system» DBMS) allo scopo di migliorare la gestione dei grossi
database creati dai sistemi di «data processing».
Questi nuovi sistemi, che facevano uso di software di gestione dei database, vennero
conosciuti come «information systems» ed il loro ambito di utilizzo varcò ben presto il limite
dei lavori quotidiani (svolti dal personale impiegatizio) relativi a compiti specifici, divenendo
strumenti apprezzati anche da altri settori dell’organizzazione. Il nuovo disegno, un vasto
database o un gruppo di database integrati a supporto di molte e differenti applicazioni
utilizzate da più di una funzione nell’organizzazione, divenne ben presto conosciuto come
«management information system» in quanto in grado di soddisfare l’esigenza, espressa dei
manager dell’organizzazione, di disporre di informazioni ad alto livello.
Questi sistemi di gestione dei database hanno permesso ai sistemi di grafica computerizzata
della prima era di espandere le loro applicazioni e di svilupparsi, così come i sistemi di «data
processing» erano evoluti nei sistemi di «management information».
I database contenenti informazioni collegate a localizzazioni geografiche divennero ben
presto parte dei software di computer grafica. La tecnologia risultante, definita «geografic
information system», fornisce la capacità di combinare dati collegati a localizzazione con
immagini digitali di mappe per un vasto spettro di applicazioni, a supporto delle informazioni
geografiche richieste da pianificatori, amministratori, gestori, ecc., non essendo più di
esclusivo dominio di disegnatori e progettisti.
Descrizione di un GIS
All’interno della definizione generale di GIS, sopra riportata, rientra una grande quantità di
applicazioni ed utilizzi della corrispondente tecnologia, legati alle specifiche esigenze dei
settori o organizzazioni all’interno delle quali sono impiegati. Prescindendo dalle singole
caratterizzazioni si può affermare che un GIS è fondato su pochi concetti base:
3
1. gli elementi (detti «feature») del mondo reale sono referenziati rispetto ad un sistema di
coordinate (o reticolo di mappa) che vengono registrate in un computer; analogamente
vengono registrati i fattori descrittivi (attributi) relativi agli elementi. Il computer
conserva le coordinate di questi elementi per mostrare dove essi sono, ed i loro attributi
per mostrare cosa essi sono;
2. gli elementi di mappa possono essere visualizzati o stampati in qualsiasi combinazione ed
in qualsiasi scala, rendendo la produzione di mappe computerizzata molto più flessibile da
usare rispetto alle tradizionali mappe cartacee;
3. un GIS può analizzare le relazioni spaziali (legate cioè al posizionamento nello spazio)
esistenti tra gli elementi di mappa.
Per una corretta implementazione di un sistema GIS è indispensabile prendere in
considerazione quattro elementi:
• Il GIS: va inteso come metodologia concettuale finalizzata all’uso delle informazioni
geografiche, in grado di fornire una base di riferimento e di convergenza per gli altri tre
elementi;
• Metodologie della gestione dei dati: sono intese come strutturazione logica e gestione di
grandi database che contengono le mappe e gli altri dati, di interesse per l’organizzazione,
che possono essere correlati alla geografia;
• Tecnologia: l’effettiva combinazione di componenti hardware e software permette
l’automazione di numerose funzioni di gestione dei dati geografici;
• Modifiche organizzative: l’ambiente gestionale dell’organizzazione deve fornire risorse e
rendere possibili i cambiamenti necessari per incorporare il GIS all’interno
dell’organizzazione stessa.
Questi quattro elementi sono interconnessi strettamente: è pertanto di fondamentale
importanza la loro gestione comune al fine di assicurarne il reciproco allineamento e
compatibilità.
La metodologia GIS definisce come sono rappresentati e gestiti i dati geografici, determina la
tecnologia richiesta per maneggiare tali dati e conseguentemente definisce le azioni richieste
per ottenere una corretta implementazione. Tutti questi elementi sono legati fra loro: le
decisioni che riguardano ciascuno di essi hanno influenza sugli altri.
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Componenti del GIS
Un GIS pienamente funzionale può essere considerato l’integrazione di cinque componenti
base: l’hardware, il software, i dati, il personale e le metodologie.
Hardware
L’hardware è costituito dal computer sul quale il GIS opera. Oggi i software GIS funzionano
su un gran numero di tipi di hardware dai server centralizzati ai desktop utilizzati «standalone» o in rete.
La scelta dei componenti hardware necessari deve essere fatta dopo aver determinato i dati, le
applicazioni ed il software del GIS. Le principali componenti possono essere raggruppate
nelle seguenti categorie:
•
Computer e sistemi operativi
•
Reti e comunicazioni
•
Plotter
•
Digitalizzatori
•
Scanner
Computer e sistemi operativi
I progetti GIS sono in genere costituiti da dozzine di file le cui dimensioni, nel complesso,
ammontano a centinaia di megabyte e richiedono di sviluppare parecchie operazioni che
esigono una notevole potenza di calcolo, la necessità di gestire grandi quantità di dati e la
possibilità di visualizzare sullo schermo disegni complessi e mappe
Fino a pochi anni fa i comuni personal computer non erano in grado di rispondere a questi
requisiti, pertanto i sistemi GIS venivano utilizzati principalmente su workstation
professionali
Negli ultimi anni l’impressionante sviluppo della potenza di calcolo dei personal computer e
l’introduzione dei sistemi operativi a 32 bit ha portato alla nascita di quella che si potrebbero
definire «personal workstation», un tipo di computer che è in grado di supportare sia
applicazioni tecniche con alte necessità di calcolo sia applicazioni di ufficio.
Essa offre prestazioni assimilabili a quelle delle workstation professionali, ma con costi e con
la versatilità propria dei personal.
5
Analoga evoluzione si è avuta nei sistemi operativi attualmente caratterizzati da
un’interfaccia utente di tipo «user friendly», introducendo menu «point and click» che
rendono l’utilizzo dei programmi molto più facile ed intuitivo attraverso l’uso di finestre,
icone, riquadri di dialogo e aiuti on-line.
Reti e comunicazioni di dati
In linea generale vi sono due tipologie di architettura dei sistemi tra le quali scegliere:
•
uno o più terminali connessi ad un computer centrale (microcomputer, minicomputer, o
mainframe);
•
una workstation «intelligente», che è essa stessa un computer, e che è connessa ad altre
workstation intelligenti e computer attraverso una rete.
Dall’avvento dei sistemi commerciali di computer (anni ’60) fino ai primi anni ’80 i
mainframe o i minicomputer erano alla base di tutti i sistemi di elaborazione dati e
l’architettura dei sistemi era quella del primo tipo. La tendenza dominate in questi ultimi anni
è l’evoluzione verso il «distributed computing» definita anche come architettura «clientserver» o, più semplicemente, «rete».
Nei sistemi centralizzati del passato un computer centrale (definito «host») serviva una
varietà di terminali e periferiche; tutti i software ed i file i dati erano immagazzinati nei
dispositivi connessi direttamente al computer centrale il quale eseguiva le istruzioni,
sviluppava i calcoli, controllava l’input, l’output ed il salvataggio dei dati, dirigendo anche il
flusso di dati da e per gli utilizzatori.
Oggi invece i vari elementi dei sistemi rispondono a criteri di standardizzazione industriali
permettendo quindi di scegliere con la massima libertà la combinazione di soluzioni e di
procedure in grado di soddisfare le singole esigenze (concetto di «open system»): attraverso
la rete sarà poi possibile collegare operativamente tutti i vari sistemi esistenti.
I vari elementi sono collegati in LAN («local area network») mediante cavi che
interconnettono tutti i computer (personal, workstation professionali, minicomputer o
mainframe) ed i dispositivi della rete (stampanti, plotter e scanner) permettendo il
trasferimento di dati ad alta velocità.
A loro volte varie LAN possono essere collegate fra loro (sia attraverso linee telefoniche
normali o dedicate, che mediante cablatura) permettendo agli utenti di una LAN di accedere
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ai dispositivi ed ai dati di altre LAN o di Internet.
Ogni computer connesso alla rete può operare indipendentemente dagli altri con il proprio
software, i propri dispositivi hardware e file di dati; comunque ogni computer può anche
accedere ai file di dati, ai programmi software ed ai dispositivi hardware degli altri computer
connessi alla rete, attraverso l’utilizzo di appositi protocolli: tale possibilità può essere
modulata a seconda del livello di «condivisione delle risorse» voluto
I computer collegati possono avere la funzione di stazioni di lavoro (dette «workstation»)
direttamente utilizzate dal singolo utente o di «server» cioè a servizio di tutti gli utenti della
rete per determinati scopi specifici.
Questo rende possibile formare un database comune di informazioni così come condividere
software applicativo. La condivisione di un database comune è spesso molto importante in
ambienti GIS: in tali casi nella rete è presente un «server» (o «file server»), dedicato
esclusivamente all’immagazzinamento ed alla gestione del database a servizio di tutte le
workstation della rete.
In alcuni casi è possibile ottenere licenze d’uso dei programmi software che permettono ad un
certo numero di workstation utenti (denominate «client»») di avere accesso al software che
risiede sul server. Il principale vantaggio è che una sola copia del programma software deve
essere installata e mantenuta, rendendo più semplice l’amministrazione del sistema.
Plotter
Il tipo di applicazioni delle quali è prevista l’implementazione sul sistema determinano il tipo
ed il numero di dispositivi di stampa richiesti dal sistema. Poiché i plotter sono elementi ad
alto costo, è importante pervenire ad un equilibrio tra il costo associato alle varie
caratteristiche dei diversi plotter ed i bisogni di ciascuna applicazione. Le caratteristiche
variabile dei plotter sono legate alla dimensione, alla qualità ed alla velocità di produzione,
alle limitazioni connesse alla tipologia del formato dei dati (i plotter a penne possono
stampare solo dati vettoriali), come pure alla possibilità o meno dell’uso del colore.
Digitalizzatori
Grossi tavoli di digitalizzazione sono necessari solo in alcune situazioni e per alcune
applicazioni. Durante la creazione iniziale del database, può essere necessario usare tali
strumenti se per costruire il database geografico vengono utilizzate le mappe cartacee
esistenti. In seguito, dopo aver completato il database, questi grossi tavoli non sono più
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necessari dato che gli aggiornamenti possono essere fatti direttamente sullo schermo delle
workstation con piccole, poco costose tavolette di digitalizzazione.
Scanner
Analogo discorso può essere fatto per gli scanner: apparecchiature di grosse dimensioni (A0)
possono essere utilizzate, al posto dei digitalizzatori, per l’acquisizione di cartografie esistenti
da usare nel GIS sia direttamente in formato raster sia, dopo conversione, in formato
vettoriale. Anche in questo caso dopo il completamento del database geografico possono
essere sufficienti scanner di piccole dimensioni da destinare all’acquisizione di documenti.
Software
Il software GIS fornisce le funzioni e gli strumenti indispensabili per immagazzinare,
analizzare e visualizzare informazioni geografiche.
Genericamente parlando le capacità dei software GIS possono essere raggruppate in tre
categorie funzionali:
•
Funzioni per la redazione automatizzata di mappe («automated mapping»);
•
Funzione di gestione dati;
•
Funzioni di analisi spaziale.
Ciascuna applicazione prevista deve essere analizzata tenendo conto delle sue esigenze per
questi tre tipi di funzioni.
Funzioni per la redazione automatizzata di mappe
Queste funzioni manipolano i record cartografici del GIS allo scopo di estrarre, aggiornare,
creare e produrre mappe e disegni di alta qualità. Il punto focale costituito dallo stesso
processo di redazione della mappa. Applicazioni che danno grande importanza alla
produzione di mappe e disegni possono richiedere funzioni quali la trasformazioni e
compensazioni di coordinate, conversioni di scala delle mappe, geometria delle coordinate
(COGO o «coordinate geometry»), calcolo di aree, calcolo di lunghezze lineari, introduzione
di testo, aggancio agli oggetti («snapping»), ecc.
Funzioni di gestione dati
Queste funzioni manipolano i dati non grafici contenuti nel database GIS. Esse creano ed
aggiornano dati, ricercano e manipolano i record selezionati, producono «report» standard o
creati ad hoc.
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Funzioni di analisi spaziale
Queste funzioni utilizzano sia i dati cartografici che i dati di tipo attributo per operare in un
contesto spaziale, spesso con relazioni topologiche. Producono risultati di analisi in campo
statistico e spesso creano nuove mappe e nuovi database. Applicazioni che richiedono
capacità di analisi spaziali possono richiedere funzioni come analisi di prossimità, analisi
delle reti («network analysis»), sovrapposizione di poligoni, punto su poligono, «buffering» e
aggregazione spaziale.
In aggiunta alle funzioni software menzionate, ve ne sono altre di natura più generale o che si
riferiscono a situazioni particolari.
Software di comunicazione
Se i file di dati devono essere trasferiti tra postazioni di lavori o se software differenti sono
richiesti da utenti differenti, può essere conveniente utilizzare i vantaggi dei software di
comunicazione in ambienti di rete.
Personalizzazione dei menu e di procedure
Molti sofisticati sistemi commerciali offrono possibilità di personalizzare i menu (di tavoletta,
di tastiera e di schermo) usati per fornire i comandi al sistema, in modo da adattarli alle
necessità di una specifica applicazione per la postazione di lavoro di uno specifico utente.
Programmare questi menu può anche permettere all’utilizzatore di selezionare certe opzioni in
modo da utilizzare funzioni del sistema senza ricorrere all’uso di una serie di comandi
individuali. Allo stesso modo sono previsti linguaggi di programmazione interni al (ad
esempio Avenue o MapBasic) che permettono di creare procedure e funzioni personalizate.
Creazione di simbologia
Nel predisporre specifici elaborati di mappa, può essere necessario stabilire simboli standard,
font di testo e tipi di linea. La maggior parte dei sistemi fornisce un assortimento di simboli
predefiniti (detti «built-in»), fornendo tuttavia, in genere, la possibilità di creare simboli e font
specifici che possono essere richiesti per una situazione o installazione particolari.
Interfaccia con programmi esistenti
Se specifici sistema di gestione dati sono correntemente in uso e contengono dati per il
sistema, o se il sistema deve interfacciarsi direttamente con altri sistemi di uso particolare,
allora queste esigenze devono essere identificate prima della scelta del software per il GIS.
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Definizione dei dati necessari al GIS e dei loro requisiti
Determinare quali dati sono necessari per essere processati nei GIS è di fondamentale
importanza: dato che i costi di conversione dei dati in forma digitale possono superare di gran
lunga i costi degli altri componenti del sistema è indispensabile verificare che ogni dato sia,
nei fatti, essenziale al corretto funzionamento del sistema, senza limitarsi a compilare un
elenco dei tipi di dato che i potenziali utilizzatori dicono di voler immagazzinare nel
computer.
Inoltre ogni elemento immagazzinato in un GIS deve essere tenuto aggiornato durante la fase
di utilizzo del sistema: tale operazione (detta «data maintenance») ha, ovviamente un costo.
Perciò la determinazione degli elementi costituenti i dati necessari al GIS, deve essere più che
una «lista dei desideri» determinata in accordo tra tutti gli utilizzatori, dovendo comprendere
uno studio sistematico che porti a stabilire quanto prezioso sia ciascun dato per ciascun
utilizzatore. In seguito è inoltre importante determinare procedure e responsabilità nel «data
maintenance» necessarie per conservare alle informazioni un livello di aggiornamento
analogo a quello che possedevano al momento della conversione in forma digitale.
Modelli di dati
Un modello è un modo di descrivere qualcosa che non può essere direttamente osservato.
Dato che tutti i fenomeni nel nostro ambiente non possono essere direttamente osservati in
una volta, utilizziamo modelli per creare rappresentazioni semplificate della realtà.
I modelli di dati comprendono due grosse categorie: entità spaziali, che sono rappresentazioni
a computer di elementi della percezione strutturale (es. un lotto, un pozzo petrolifero), e dati
descrittivi delle entità, comunemente definiti attributi.
I modelli di dati descrivono le entità e gli attributi, le reciproche relazioni, i modi di utilizzo
da parte della gente, i processi utilizzati per manipolarli ed il modo in cui si sono modificati
durante l’uso.
Un modello di dati non equivale ad un database. Tuttavia l’implementazione di un modello di
dati richiede l’adozione di alcuni standard: come sono definiti i dati, come sono
immagazzinati, come sono mossi attraverso sistemi ed applicazioni. Gli standard possono
essere definiti al fine di ottimizzare il rapporto tra condivisione ed uso individuale dei dati: si
può pensare ad una «piattaforma di dati comuni» alla quale ogni utilizzatore può aggiungere i
propri specifici dati.
Una volta definito, il modello dei dati è tradotto nella struttura di un database che può esser
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implementato su un computer.
Comune a tutte le strutture di dati geografici è il concetto che le mappe rappresentano un
gruppo (detto «set») di entità spaziali o piani (detti «layer») contenenti elementi che, se
combinati in modo appropriato, possono creare una mappa. Non ci sono mappe in quanto tali:
la mappa è virtuale e consiste di elementi logici immagazzinati come rappresentazioni del
computer e loro relazioni. Lo scopo è quello di incorporare nel computer la capacità di riunire
ed analizzare le entità e gli attributi in modo da approssimare i processi mentali seguiti
dall’uomo nella lettura della mappa. Una volta riusciti in questo, la varietà delle informazioni
descrittive può essere immagazzinata in ciascuna entità e le informazioni possono essere
recuperate in una varietà di modi.
Un aspetto importante che riguarda la descrizione del mondo reale è la dinamicità dello
stesso. I cambiamenti nel mondo reale devono riflettersi nei dati , affinché essi possano
rimanere utili a fini decisionali. Pertanto una strategia di gestione dei dati («data
management») deve fornire una serie di linee guida per strutturare la raccolta, la gestione,
l’immagazzinamento e l’aggiornamento dei dati
Formati dei dati geografici GIS
I due tipi più utilizzati sono il formato vettoriale ed il formato raster. Entrambi questi modelli
per l’immagazzinamento di dati geografici hanno vantaggi e svantaggi e, in generale, sono
entrambi gestiti dai programmi GIS.
Dati vettoriali
Come detto precedentemente questo è il tipo di rappresentazione degli elementi di mappa
utilizzato sia dal CADD che dai sistemi GIS. Una mappa vettoriale digitale è registrata come
una serie di punti, linee (cioè serie di punti) ed aree (zone racchiuse da linee): le informazioni
relative a punti, linee e poligoni sono conservate sotto forma di coordinate X, Y.
Il modello vettoriale è più indicato per descrivere elementi discreti, come contorni di edifici,
ma meno adatto a descrivere elementi variabili con continuità, come copertura vegetazionale
dei terreni. Il modello vettoriale è inoltre in grado di fornire una più accurata descrizione della
localizzazione degli elementi di mappa.
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Dati raster
I dati raster rappresentano elementi geografici dividendo il mondo in un numero discreto di
celle quadrate, per ciascuna delle quali è memorizzato un valore, costituenti una griglia. La
griglia usata nei GIS per questo tipo di modelli è un tipo particolare di raster dove il valore
immagazzinato è costituito da un record in una tabella che contiene le informazioni descrittive
addizionali per le celle.
Questi file possono essere manipolati rapidamente dal computer ma sono generalmente meno
dettagliati di quelli vettoriali. I vari elementi reali sono approssimati dalle celle: il grado di
approssimazione è legato alle dimensioni delle celle stesse. Una griglia composta da piccole
celle fornirà una approssimazione migliore, tuttavia la dimensione del file raster incrementerà
parecchio. Dimezzando la dimensione delle celle quadruplica il numero di celle che deve
essere manipolato, e maggiore è il volume dei dati da trattare più bassa è la velocità di
elaborazione.
Per queste ragioni, i modelli dati di tipo raster sono utilizzati in genere per modellizzare
elementi di mappa variabili con continuità: permettendo così di rappresentare di fenomeni
come l’andamento dell’altimetria o la distanza da un certo sito
Immagini raster
Un tipo differente di dati raster può essere utilizzato comprende fotografie, disegni, mappe
cartacee ed altri documenti che possono essere acquisiti con uno scanner in formato digitale e
collegati a dati o elementi spaziali, o costituire da “sfondo” alla rappresentazione dei dati
vettoriali. Queste immagini raster sono principalmente di tre tipi: bianco e nero, scala di grigi
e colori; passando dal primo all’ultimo crescono notevolmente le dimensioni del relativo file.
Personale
La tecnologia GIS è di valore limitato senza le persone in grado di gestire il sistema e di
sviluppare piani per la sua applicazione a problemi del mondo reale. Gli utilizzatori del GIS
vanno dagli specialisti tecnici che progettano e mantengono il sistema a quelli che lo usano
per trovare un aiuto nel lavoro quotidiano.
Metodologie
Un GIS funzionale opera secondo piani e regole commerciali ben definite, che sono
specifiche di ogni singola realtà.
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Tecnologie GIS e tecnologie correlate
I GIS sono strettamente collegati a molti altri tipi di sistemi informativi, ma la capacità di
manipolare ed analizzare dati geografici rende i GIS una tecnologia a parte.
Sebbene non ci siano regole certe per classificare i sistemi informativi, quanto esposto nel
seguito aiuta a capire meglio le differenze e le peculiarità dei sistemi GIS rispetto alle altre
tecnologie correlate ed a valutarne le possibili sinergie ed integrazioni.
Desktop Mapping
Il punto focale di questi sistemi è la creazione di mappe: la mappa è il database. La maggior
parte di questi sistemi possiede limitate capacità di gestione dei dati, analisi spaziali e
possibilità di personalizzazione. Operano su PC e piccole stazioni UNIX.
Computer Aided Design and Drafting (CADD)
I sistemi CADD sono stati originariamente sviluppati per disegnare e progettare edifici,
macchinari ed infrastrutture in generale. Queste attività richiedono che una serie di
componenti aventi determinate caratteristiche siano assemblati per creare l’intera struttura: il
processo consiste sostanzialmente nella costruzione di disegni utilizzando operatori
geometrici. Il risultato è un disegno CADD che incorpora i parametri di progetto: il disegno
(in forma fisica o digitale) è quindi utilizzato per la fase di costruzione.
I sistemi CADD possono essere utilizzati anche per la produzione di mappe digitali (processo
detto «digital mapping») e costituiscono una valida alternativa al tradizionale processo
cartografico manuale.
Infatti tali sistemi includono tutti gli elementi grafici che servono a disegnare mappe: linee,
polilinee, testi e simboli. Inoltre tutti gli elementi sono riferiti ad un sistema di coordinate, che
può essere utilizzato per rappresentare un reticolo di mappa. I dati in un sistema CADD sono
organizzati in piani (detti «layer») sovrapposti o sovrapponibili. I piani possono essere
utilizzati per suddividere gli elementi di mappa per «temi» (ad esempio flussi piuttosto che
strade) oppure per tipo di dato (ad esempio linee piuttosto che testo). Le stampe di mappe
ottenute da CADD arrivano ad eguagliare in qualità e precisione i prodotti della cartografia
tradizionale. Alcuni sistemi CADD sono stati estesi includendo capacità di analisi e di
manipolazione di dati geografici per migliorare la rappresentazione, ma tuttavia presentano
sempre dei limiti nella gestione ed analisi di grossi database geografici.
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Il CADD non è adatto all’analisi dei dati di mappa: infatti sebbene gli elementi possano essere
associati per temi, mediante l’uso dei piani, e siano tutti riferiti ad un comune sistema di
coordinate geografiche, non sono tuttavia definite ulteriori relazioni tra i dati: un CADD non
può rispondere a domande di analisi delle relazioni spaziali fra gli elementi in quanto tali
relazioni non sono definite nella struttura dei dati.
Advanced Mapping/Facility Management (AM/FM)
Sono un insieme di software e procedure che assistono nella gestione di risorse
geograficamente distribuite. Sono sistemi basati su tecnologia CADD e vengono utilizzati per
realizzare mappature di tali risorse e per gestirne i dati di tipo attributo con riferimento alla
loro localizzazione fisica. Per esempio in una azienda di distribuzione di energia elettrica
possono essere utilizzati per immagazzinare la localizzazione e le caratteristiche delle linee
elettriche, dei trasformatori e degli altri elementi infrastrutturali.
Per rappresentare gli elementi di mappa vengono utilizzati dati grafici CADD che, similmente
a quanto avviene in tali sistemi, sono referenziati rispetto ad un sistema di coordinate unico ed
organizzati in piani che rappresentano i temi di mappa.
I sistemi AM/FM fanno tuttavia un passo avanti permettendo la definizione di relazioni tra gli
elementi. Queste relazioni di connessione sono in genere definite in un file di dati separato
rispetto al database grafico. Un’altra importante caratteristica è che gli attributi sono anch’essi
conservati in una tabella di dati separata: i relativi record sono collegati agli elementi grafici
da un numero di identificazione unico per ogni elemento. Questi attributi descrivono le
caratteristiche dell’elemento associato.
DataBase Management System
I sistemi di gestione dei database sono specializzati nell’immagazzinamento e nella gestione
di tutti i tipi di dati, inclusi quelli geografici, ma non hanno gli strumenti di analisi e
visualizzazione caratteristiche dei GIS.
I DBMS sono ottimizzati per immagazzinare e recuperare dati: per questo motivo molti GIS
fanno affidamento su di essi per questo scopo.
I software GIS utilizzano in genere i sistemi di gestione dei database di tipo relazionale
(RDBMS) per immagazzinare e gestire dati non grafici (attributi).
In un database relazionale le informazioni vengono archiviate in una serie di tabelle ciascuna
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delle quali contiene i dati relativi ad un argomento specifico. Le tabelle sono composte da
righe (denominate “record”)e da colonne (denominate “campi” o “field”) e possono essere
logicamente collegate fra loro attraverso la presenza di campi condivisi: è pertanto possibile
utilizzare contemporaneamente informazioni contenute in più tabelle.
Qualunque dato può essere infatti trovato conoscendo il nome della tabella, il nome della
colonna ed il valore della chiave principale (cioè un attributo il cui valore identifica in modo
univoco una riga della tabella).
Supponiamo, ad esempio, di avere una tabella denominata CATASTO, contenente alcuni dati
catastali (numero di mappa delle particelle, superficie dei mappali, rendite catastali, numero
di mappa degli edifici, ecc.) ed un’altra tabella denominata EDILIZIA, contenente dati relativi
agli edifici (zona di PRG, numero di mappa degli edifici, anno di costruzione, numero di
piani, ecc.): in questo caso il campo “numero di mappa degli edifici” è condiviso dalle due
tabelle.
Unendo le informazioni delle due tabelle è possibile creare un report nel quale siano riportati
le rendite catastali di tutti gli edifici di una certa zona di PRG costruiti in una certa epoca.
Le due tabelle condividono un tipo di informazione, in questo caso il numero di mappa degli
edifici, ma includono dati specifici e diversi (per esempio perché create e gestite da
organizzazioni diverse).
L’archiviazione mediante tabelle collegate consente di gestire i dati con maggiore efficienza,
eliminando la necessità di memorizzare più volte gli stessi dati, diminuendo lo spazio sui
sistemi di immagazzinamento ed incrementando la velocità di ricerca e recupero dei dati
richiesti, permettendo di integrare e collegare dati destinati ad essere utilizzati da molteplici
utilizzatori.
Vi sono parecchi tipi di RDBMS supportati dai programmi GIS, i più diffusi sono: DB2,
Informix, Ingres, Oracle e Sybase. Molti programmi GIS offrono interfacce per più di uno di
essi, permettendo così di accedere a database distribuiti nella rete anche se essi sono
supportati da diversi software. Impiegando architetture «open system» e interfacce relazionali
aperte, una organizzazione può impiegare diverse piattaforme hardware e vari tipi di database
per le diverse applicazioni o settori: gli utilizzatori non sono legati a nessun particolare
modello di database o tecnologia hardware.
La ricerca dei dati nelle tabelle di un database avviene per mezzo delle “query” o
interrogazioni. Tramite le query è possibile porre domande specifiche sui dati memorizzati
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nelle tabelle. Quando si esegue una query vengono visualizzati i dati di risposta alla domanda.
Scopo della query è quello di estrarre i dati memorizzati in un’altra applicazione, all’esterno
del programma che si sta utilizzando: l’estrazione può riguardare un intero set di dati o solo
parte di esso.
Per accedere ai dati contenuti nelle tabelle, è possibile utilizzare diverse “fonti dati”. Una
fonte dati include:
• i dati a cui si desidera accedere,
• le informazioni necessarie per accedervi.
Un esempio di fonte dati è rappresentato dal database SQL Server, dal server (inteso come
hardware) su cui il database stesso risiede e dalla rete utilizzata per accedere a quel server. Un
altro esempio è costituito dalla directory o dalla cartella contenente un set di file dBase.
In genere i dati da estrarre devono essere in grado di rispondere ad una domanda specifica.
Raramente è infatti necessario visualizzare tutti i dati di una tabella; in molti casi è sufficiente
solo un sottoinsieme di quei dati: è quindi possibile limitare i dati che verranno estratti e
visualizzati nel risultato della query, selezionando i campi necessari nell’elenco di quelli
presenti nella tabella.
E’ possibile inoltre limitare i dati che devono essere estratti e che costituiranno il risultato
della query, specificando i criteri che i record devono soddisfare per essere estratti.
L’estrazione di sottoinsiemi di record dal database viene effettuata mediante l’introduzione di
criteri che vengono specificati tramite una espressione. L’espressione è una combinazione di:
• operatori, che indicano al programma di eseguire una operazione. Possono essere aritmetici
(quelli standard sono +, - *, /), di confronto (>, >=, <, =<, =, <>), logici (AND , OR,
NOT), altri (es. BETWEEN determina se il valore è incluso in un determinato intervallo,
IN determina se il valore è uguale ad alcuni dei valori in una lista,
• identificatori, nome di campi così come definiti nella tabella di origine,
• funzioni, restituiscono un valore in base ai risultati di un calcolo o di un’altra operazione:
Le funzioni più comuni sono MEDIA (la media di un insieme di valori di un campo),
CONTEGGIO (il numero di record selezionati), MAX (il valore massimo di un insieme di
valori di un campo), MIN (il valore minimo di un insieme di valori di un campo), SOMMA
(la somma di un insieme di valori di un campo),
• valori letterali, numero, una data o testo che viene utilizzato esattamente nel modo in cui è
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stato digitato.
Global Positionig System (GPS)
Si tratta di una tecnologia in grado di permettere misurazioni geodetiche, localizzazione di
elementi, e digitalizzazione «on site» per 24 ore al giorno e con qualsiasi condizione di
tempo. Il sistema si basa su tre elementi: 24 satelliti in orbita attorno alla terra, il ricevitore
portatile e le stazioni di controllo sulla terra.
I ricevitori portatili, quando sono attivati, captano i segnali inviati dai satelliti che si trovano
al di sopra dell’orizzonte (ogni satellite ha una propria frequenza di trasmissione). Sottraendo
l’ora trasmessa dal satellite nel segnale ricevuto da quella indicata dall’orologio interno,
ricavano la distanza dal satellite. La precisione del metodo è legata ad una scelta (chiamata
«disponibilità selettiva» e dovuta ad ovvie ragioni militari) del ministero delle Difesa
americano: ogni satellite è programmato in modo da modificare le trasmissioni di ora e
posizione in modo da essere meno preciso di quanto possibile in realtà.
Ci sono due modi di utilizzare il GPS per trovare la posizione.
La prima tecnica fornisce risultati istantanei con un solo ricevitore essendo tuttavia
penalizzata nella precisione: ci si può aspettare che la posizione calcolata per un ricevitore
singolo GPS si trovi entro un raggio di 100 m da quella reale.
Volendo una precisione maggiore si può comparare il tempo di arrivo del segnale al ricevitore
con quello del segnale ricevuto simultaneamente in un’altra postazione della quale sono note
le esatte coordinate. Questa metodologia, conosciuta come «GPS differenziale», porta la
precisione a 0,5-20 m.
Document Imaging
Si tratta della tecnologia per la conversione, conservazione e recupero di documenti acquisiti
attraverso scanner. I documenti sono convertiti in formato raster ad alta risoluzione e sono
immagazzinati come «bitmap» che possono essere visualizzati su dispositivi grafici. I
documenti appaiono sullo schermo come «fotografie» del documento originale.
Multimedia
Si tratta di una tecnologia che facilita la fusione di dati di tipo statico e di tipo attivo
all’interno di un singolo database. I dati possono essere: immagini, suoni, animazioni, video,
testi, grafica e disegno e, anche se con alcune limitazioni, trasmissioni in tempo reale di suoni
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ed immagini.
Acquisizione raster
Questa tecnologia permette di convertire mappe e disegni in formato digitale senza che
l’operatore umano debba identificare ciascun elemento sulla mappa e immetterne
manualmente le corrispondenti coordinate. Tuttavia l’acquisizione raster produce immagini
delle mappe ma non i vettori richiesti dalla maggior parte delle applicazioni di «mapping».
Sono quindi stati introdotti parecchi software in grado di effettuare la conversione rastervettore, che rappresenta tuttavia l’operazione più complessa di tutto il processo: questi
software non sono infatti in grado di effettuare in modo automatico tutto il processo, e un
considerevole intervento dell’operatore è ancora indispensabile.
Georeferenziazione di cartografia
I dati geografici in forma digitale costituiscono la base indispensabile per i GIS: oggi la
cartografia raster sta assumendo sempre più importanza all’interno di questo ambito anche
grazie allo sviluppo dei dispositivi hardware che ne consentono l’acquisizione.
Una immagine raster rappresentante una carta geografica o una foto aerea, perché possa
essere consultata come tale, è necessario che venga sempre georeferenziata: tale immagine
deve passare da un sistema di riferimento locale, come quello dello scanner al momento
dell’acquisizione (riga, colonna), ad un sistema di riferimento sul terreno. Dopo la
georeferenziazione ogni pixel dell’immagine viene ad assumere una determinata coordinata
terreno, vengono inoltre corretti tutti gli errori dovuti al supporto o al metodo di acquisizione
(fase di geometrizzazione).
Per le carte di tipo vettoriale attraverso punti di controllo con coordinate note, si opera sui
vertici del disegno, correggendo le eventuali deformazioni dovute alla digitalizzazione;
procedimenti analoghi permettono di passare da un sistema di riferimento ad un altro.
Come detto la georeferenziazione e la geometrizzazione verranno applicate a tutti i pixel che
compongono l’immagine raster ed a tutti i vertici presenti nella carta vettoriale.
Dopo l’acquisizione dell’immagine o del disegno, attraverso l’archivio dei punti di controllo a
terra vengono calcolati i parametri di trasformazione tra il sistema locale ed il sistema di
riferimento terreno. Le tre fasi di cui è composta l’operazione sono:
• acquisizione del dato in forma digitale nel sistema di riferimento locale (tavolo
digitalizzatore o scanner)
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• georeferenziazione del dato da riferimento locale e riferimento assoluto (terreno) o fra
sistemi di riferimento geografici;
• eliminazione delle distorsioni (geometrizzazione) provenienti o dall’originale o dalla fase
di acquisizione.
Vi sono parecchi metodi di georeferenziazione e geometrizzazione (traslazione,
rototraslazione, bilineare, scarto quadratico medio, deformazione a maglia triangolare, ecc.),
si sottoline tuttavia che,poichè i metodi richiedono un tempo di elaborazione (anche ore)
crescente al crescere della precisione ottenibile,è bene accertarsi che non vi siano grossolani
errori di acquisizione.
Geographic Information System (GIS)
Come detto si tratta di una particolare categoria di sistemi informativi ottimizzati per l’analisi
di dati geografici: tale capacità è ottenuta attraverso la manipolazione di mappe digitali e delle
informazioni geograficamente referenziate legate a tali mappe.
Oltre ai dati grafici (definiti «spaziali») il GIS conserva anche dati di tipo attributo posti in un
database separato rispetto a quello dei dati grafici.. Questi sono associati ai dati spaziali e
forniscono ulteriori informazioni descrittive su di essi,
I software GIS sono progettati per permettere l’esame contemporaneo sia dei dati spaziali che
degli attributi: l’utente è quindi in grado di cercare un attributo e correlarlo al dato spaziale e
viceversa.
A differenza del CADD, il GIS combina capacità grafiche con potenti strumenti di
concatenazione non grafica che permettono interrogazioni (dette «query»), complesse,
sovrapposizioni di mappe (dette «overlay»), trattamento di poligoni, ed operazioni di
modellazione spaziale.
In un GIS i dati sono rappresentati in “temi” che rappresentano un’insieme di elementi
geografici logicamente associati (ad esempio gli acquedotti vanno in unico tema, tutti i pali in
elettrici in un altro). La funzione di un tema è integrare tutti gli elementi del “data set” GIS:
nessun dato è fisicamente memorizzato in un tema. Tutti i dati vengono memorizzati in una
copertura, in file di attributi e in un database di disegno. Ad ogni tema è associato un insieme
di “link”: essi collegano le entità del disegno con gli altri elementi dei GIS. Puntando
un’entità sul disegno si può accedere all’informazione relativa sull’elemento corrispondente
19
che si trova nella tabella degli attributi.
La copertura è un “data set” del GIS usato per memorizzare le informazioni relative agli
elementi geografici per un tema. Il modello dati della copertura gestisce efficacemente due
tipi di dati geografici: i dati spaziali che descrivono la posizione di un elemento e gli attributi
che ne descrivono le caratteristiche.
La copertura è una directory costituita da più file contenenti le coordinate di un elemento
geografico e gli attributi associati, e viene usata per raggruppare elementi geografici
tematicamente simili ed i dati descrittivi a loro associati
Ad ogni elemento della copertura è assegnato un identificatore unico che unisce i record dei
file di coordinate spaziali con quelli degli attributi.
Nel seguito vengono analizzati gli elementi e le procedure fondamentali dei GIS:
• Dati spaziali
• Dati tabellari
• Analisi spaziale
• Query e interrogazioni varie
Data la grande varietà di software in commercio alcuni termini, procedure o metodologie
possono subire variazioni a seconda del programma in uso: tuttavia i fondamenti concettuali
sono analoghi per tutti.
Dati spaziali
Il GIS differisce dagli altri sistemi precedentemente discussi nel fatto che le relazioni spaziali
tra i dati sono definite. Questa caratteristica, chiamata «topologia» dei dati, va oltre la mera
descrizione della localizzazione e della geometria degli elementi di mappa. La topologia
descrive, per esempio, come gli elementi di mappa di tipo «linea» siano connessi, oppure
quali aree sono contornate e quali sono contigue.
Per definire la topologia il GIS utilizza una speciale struttura di database: come in un sistema
CADD tutti gli elementi di mappa sono referenziati ad un sistema di coordinate. A differenza
dal CADD, che definisce gli elementi di mappa come linee o simboli, il GIS li definisce come
«punti» (o «nodi»), «archi» (o «linee») e «poligoni» (o «aree»).
20
Rappresentazione delle entità geografiche sulla cartografia.
Le entità geografiche vengono rappresentati mediante una combinazione tre elementi base:
punti, linee ed aree.
Punti.
Elementi geografici che rappresentano la posizione di elementi che non hanno dimensione,
oppure elementi che pur avendo un perimetro, questo non può essere rappresentato alla scala
di lavoro; ad esempio al primo tipo appartengono i punti quotati, al secondo edifici molto
piccoli da rappresentare in mappe a grande scala. Vengono rappresentate dal software come
una singola posizione di coordinate x,y.
Linee.
Un gruppo di punti interconnessi che rappresentano elementi che non hanno larghezza o la cui
larghezza non può essere rappresentata alla scala di lavoro. Essi localizzano e descrivono
informazioni geografiche esistenti lungo il percorso formato dai punti connessi; per esempio:
strade, corsi d’acqua e reti elettriche. Vengono rappresentate dal software come una linea di
coordinate x,y connesse.
Aree.
Le aree sono elementi geografici che hanno caratteristiche omogenee all’interno di un
confine; per esempio: zone censuarie, regioni, zone a rischio alluvionale. Vengono
rappresentate dal software come un insieme di linee che circondano una regione omogenea.
L’uso di diversi tipi di elementi per descrivere le varie entità geografiche dipende dalla scala
o dalla risoluzione della carta: su una carta a grande scala edifici o città possono essere
disegnati come poligoni mentre ad una scala inferiore questi elementi saranno rappresentati
come punti.
In molte applicazioni GIS la scelta del tipo di rappresentazione è legata all’uso che si intende
fare del database: per esempio le strade possono essere rappresentate con la linea di mezzeria
per applicazioni che riguardano studi sui percorsi oppure come aree per applicazioni che
riguardano la manutenzione della pavimentazione stradale.
Proiezioni cartografiche
Una proiezione cartografica è una formula matematica che permette la rappresentazione della
21
superficie terrestre che è curva su una mappa che è piana. Nessuna rappresentazione piana
può essere completamente accurata, per questo motivo sono stati sviluppati diversi tipi di
proiezione, ciascuna adatta per particolari scopi. Le varie proiezioni differiscono nel modo in
cui esse trattano superfici, forme, distanze e direzioni: nessuna può conservare tutte queste
proprietà, sebbene alcune combinazioni possano essere conservate. Bisogna pertanto decidere
quali di queste proprietà è più importante per le necessità del progetto e scegliere la
proiezione che conservi queste proprietà.
La prima cosa è determinare se i dati spaziali a disposizione siano memorizzati in gradi
decimali di latitudine e longitudine (nel qual caso non sono proiettati) oppure no (nel qual
caso sono già stati proiettati).
Se i dati sono in gradi si può decidere se proiettarli o meno: i programmi in genere
permettono di lavorare con dati non proiettati, trattando latitudine e longitudine come
coordinate piane x e y. Se le applicazioni non richiedono un grande livello di precisione, se
non interessano dati su distanze o coordinate di posizione, si può decidere di non utilizzare la
proiezione.
Come detto il problema della scelta del tipo di proiezione non si pone se i dati sono già
proiettati: tuttavia in questo caso bisogna porre attenzione a che tutti i dati utilizzati siano stati
ottenuti con lo stesso metodo di proiezione e gli stessi parametri. In caso contrario infatti i
vari dati non saranno correttamente allineati, e si otterranno risultati errati quando verranno
effettuate query ed analisi.
Unica eccezione a questa regola sono i dati raster: essi infatti non vengono proiettati
all’interno del programma. In questo modo i dati spaziali possono essere immessi in gradi
decimali scegliendo poi la proiezione utilizzata dall’immagine raster.
Le principali categorie di metodi di proiezione sono: ad eguale area (mantengono le
superfici), conformi (mantengono le forme), equidistanti (mantengono le distanze) ed
azimutali (mantegono le direzioni).
Riassumendo bisogna porre particolare attenzione al fatto che i dati spaziali che costituiscono
un tema siano:
1. memorizzati in gradi decimali di lat e long in modo da poterli proiettare all’interno del
programma,
2. oppure memorizzati già nella stesso tipo di proiezione.
In sostanza si può affermare che la scelta del metodo di proiezione da utilizzare è influenzata
dai seguenti fattori:
22
• proprietà spaziale da conservare,
• collocazione sulla terra dell’area di interesse (equatoriale, polare, ecc.),
• forma ed orientamento dell’area di interesse,
• dimensioni dell’area di interesse e scala a cui si deve operare.
Topologia: definizione delle relazioni spaziali
Un modello di dati GIS può supportare le analisi geografiche grazie alla sua struttura
topologica. La topologia è la procedura matematica che determina le seguenti relazioni
spaziali tra le tre categorie base di elementi viste sopra:
•
direzione di un arco o di una linea
•
connessione di archi o linee
•
adiacenza (contiguità) di poligoni
La topologia crea le relazioni che definiscono le proprietà spaziali, così:
• ogni arco ha un nodo iniziale ed uno finale
Æ
Lunghezza e direzione di un arco
• gli archi si collegano tra loro nei nodi
Æ
Connessione
• archi collegati formano il limite dei poligoni
Æ
Area e Perimetro di un poligono
• archi hanno poligoni alla loro destra e sinistra
Æ
Adiacenza o contiguità
La topologia è il più alto livello di generalizzazione al quale possono essere immagazzinati gli
elementi geografici. Immagazzinando informazioni sulla localizzazione di un elemento
rispetto agli altri elementi, la topologia fornisce le basi per molti tipi di analisi geografiche
senza richiedere l’accesso alle localizzazioni assolute contenute nei file di coordinate (ad
esempio le analisi di connessione, la ricerca dei percorsi e le analisi di contiguità sono tutte
derivate attraverso la topologia).
Topologia arco-nodo
La topologia arco-nodo esprime la relazione tra archi e nodi, definendo la lunghezza,
direzione e connessione tra gli archi: alcune analisi geografiche si fanno proprio in base a tali
proprietà.
“From node” e “to node”
Il “from node” è il punto di inizio di un arco, il “to node” è il punto finale.
Vengono determinati dal modo in cui sono digitalizzati gli archi: tuttavia la direzione con la
23
quale si digitalizza un arco è importante solo se l’applicazione richiede una modellizzazione
direzionale in accordo con la direzione dell’arco (ad esempio per fiumi o flussi di traffico).
La direzione di un arco è definita partendo dal “from node” e spostandosi al “to node”.
Connessione.
Gli archi si collegano se hanno in comune un nodo. Per definizione gli archi numerati 1, 2 e 3
nell’illustrazione sono connessi in quanto hanno in comune il nodo 3. La tabella mostra
queste relazioni.
Topologia poligono-arco
La topologia poligono-arco esprime la relazione tra gli elementi lineari che costituiscono i
poligoni. Alcune analisi geografiche si basano su queste proprietà.
Definizione dell’area.
Quando un arco o un insieme di archi si collegano per formare una figura chiusa, il margine
definisce l’area di un poligono. Questo insieme di archi è memorizzato, in un elenco che
rappresenta il contorno del poligono che tali archi costituiscono.
In tale elenco un valore di ARCO# uguale a 0 indica che l’arco successivo dell’elenco
rappresenta un “buco” o un poligono-dentro-un-poligono.
Con riferimento alla figura si nota che il poligono 5 circonda un poligono isola (o buco o
poligono in poligono) contraddistinto dal numero 6 e costituito dall’arco numero 7; nella
tabella che elenca gli archi del poligono 5 si osserva come tale condizione viene espressa, nel
record relativo al poligono 5, facendo precedere ARCO# 7 da uno 0.
Le grandezze geometriche area e perimetro vengono in generale memorizzate a parte, spesso
mediante l’uso del cosiddetto “punto etichetta” dell’elemento poligonale contenuto all’interno
dell’area racchiusa dagli archi.
Topologia poligono-arco
1
1
2
1
3
3
2
2
3
4
4
5
6
7
6
5
4
5
8
624
Database geometrico
ARCO #
1
2
3
4
5
6
7
8
9
ARCO #
1
2
3
4
5
6
7
8
9
POLY_SX
2
1
4
4
2
4
6
4
5
COPPIE COORDINATE X,Y
Xf,Yf · · · · · · X,Y · · · · · · Xt,Yt
POLY_DX
1
3
2
3
5
1
5
5
1
POLY #
1
2
3
4
5
6
ARCO #
2, 6, 9, 1
3, 5, 1
4, 2
3, 4, 6, 8
8, 9, 5, 0, 7
7
Database topologico
Adiacenza.
Due poligoni sono adiacenti se hanno in comune un arco. I poligoni sono numerati e
memorizzati come poligoni di destra e di sinistra. Uno stesso poligono può essere poligono di
destra per un arco e di sinistra per un altro; si può immaginare tale concetto immaginando di
viaggiare lungo un arco (come guidando lungo una strada) dal punto di partenza (“from
node”) al punto di destinazione (“to node”): l’area a destra è il poligono di destra e quella a
sinistra quello di sinistra. Nell’esempio in figura si può notare che il poligono 2 è di destra per
25
l’arco 3 ma di sinistra per gli archi 1 e 5.
Poligono universo.
Quando viene costruita la topologia arco-poligono, viene sempre creato un poligono
“universo” per rappresentare l’area che si trova all’esterno degli elementi del tema. Gli archi
che definiscono il limite esterno del tema costituiscono il limite interno del poligono universo.
Tabelle degli Attributi
La creazione della topologia definisce in modo esplicito tutti i rapporti che legano i vari
elementi lineari gli uni agli altri (topologia nodo-arco) e formano poligoni con un insieme di
archi (topologia poligono-arco).
In questo processo vengono creati molti file finalizzati alla registrazione delle coordinate
degli elementi e dei rapporti spaziali fra archi ed elementi puntuali: fra questi uno dei più
importanti è costituito dalla Tabella degli Attributi.
Esso è un file speciale creato e mantenuto automaticamente dal programma per memorizzare i
dati identificativi ed altri dati descrittivi relativi a ciascun elemento del tema. Ci sono
fondamentalmente tre tabelle degli attributi:
Tabella degli attributi dei punti (Point Attribute Table)
Tabella degli attributi degli archi (Arc Attribute Table)
Tabella degli attributi dei poligoni (Polygon Attribute Table)
Le tabelle sono file di database.
Ciascun elemento del tema ha un record corrispondente nella tabella degli attributi
Il contenuto delle tabelle di attributi differisce a seconda della classe degli elementi; tuttavia
le tabelle hanno le seguenti caratteristiche comuni:
Il numero di record.
Il programma di gestione del database assegna un numero unico ad ogni record della tabella.
In generale il campo relativo non viene considerato parte della tabella.
Il numero interno.
Ogni record della tabella degli attributi contiene un numero identificativo unico assegnato dal
programma GIS: esso è detto numero interno (“INTERNAL_ID”). Nelle tabelle degli attributi
esiste una colonna nella quale per ogni record è riportato il valore del relativo numero: la
numerazione è sequenziale, incominciando da 1 e l’assegnazione è gestita dal programma. In
generale tale numero è uguale al numero di record.
26
Il numero utente.
Ogni record nella tabella contiene anche un numero identificativo assegnato dall’utente
(“USER_ID”) che è rappresentato nella tabella da un’altro campo.
Alcuni programmi possono porre limitazioni all’utilizzo di più tabelle degli attributi per un
singolo GIS data set: in tal caso, ad esempio, si possono avere solo attributi poligonali e
lineari oppure solo puntuali e lineari, ma non puntuali e poligonali.
Tabelle degli attributi
Tema Puntuale
Point Attribute Table
······ ······ ······ ······
Tema Lineare
Arc Attribute Table
······ ······ ······ ······
Tema Poligonale
Polygon Attribute Table
······ ······ ······ ······
27
Tabella di attributi puntuali (PAT)
La tabella di attributi puntuali è la tabella di attributi che viene creata quando la topologia
viene costruita per un tema puntuale. Essa contiene campi
standard di dati relativi ad
attributi.
Campi standard.
Sono quattro:
•
Area. Sempre uguale a zero, i punti non hanno area
•
Perimetro. Sempre uguale a zero, i punti non hanno perimetro
•
Numero di identificazione interno. È l’”INTERNAL_ID” che viene assegnato a ciascun
elemento puntuale, corrisponde (come visto precedentemente) sempre al numero di record
e varia con esso quando vengono aggiunti o eliminati elementi puntuali.
•
Numero di identificazione utente. È lo “USER_ID” assegnato a ciascun elemento puntuale
dall’utente; resta costante quando vengono aggiunti o eliminati dati e viene assegnato al
momento della creazione dell’elemento puntuale.
Tabella di attributi puntuali (PAT)
57
25
56
4
28
3
15
Tabella di attributi puntuali
REC #
AREA
PERIMETRO
INTERN_ID
USER_ID
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
2
3
4
5
6
4
15
56
3
57
25
1
2
3
4
5
6
Tabella attributi lineari (AAT)
La tabella di attributi lineari è la tabella di attributi che viene creata quando la topologia viene
costruita per un tema lineare e contiene 7 campi standard.
I 7 campi standard sono:
•
“From node”, numero interno del nodo di inizio dell’arco
•
“To node”, numero interno del nodo di fine dell’arco
•
“Left poly”, numero interno del poligono posto a sinistra dell’arco
•
“Right poly”, numero interno del poligono posto a destra dell’arco
•
Lunghezza, lunghezza dell’arco
•
Numero di identificazione interno, assegnato dal programma
•
Numero di identificazione utente, User ID assegnato dall’utente
Notare che un tema lineare avrà sempre Lpoly e Rpoly nulli a meno che un tema poligonale
non sia riferito allo stesso GIS data set.
Tabella di attributi lineari (AAT)
5
2
15
13
8
11
14
17
3
1
12
6
16
29
Tabella di attributi lineari
REC # DA_NODO A_NODO POLY_SX POLY_DX LUNGH.
1
2
3
4
5
6
7
1
3
3
3
5
6
6
3
2
4
6
6
7
8
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
50,33
20,57
53,65
50,29
25,68
32,43
45,35
INTERN_ID
USER_ID
1
2
3
4
5
6
7
11
13
12
14
15
16
17
Tabella attributi poligonali (PAT)
La tabella di attributi poligonali è la tabella di attributi che viene creata quando la topologia
viene costruita per un tema poligonale e contiene 4 campi standard.
I 4 campi standard sono:
• Area, l’area di ciascun poligono
• Perimetro, il perimetro di ciascun poligono
• Numero di identificazione interno. Che viene assegnato a ciascun elemento poligonale,
corrisponde sempre al numero di record e varia con esso quando vengono aggiunti o
eliminati elementi poligonali.
• Numero di identificazione utente. È lo User ID assegnato a ciascun elemento poligonale
dall’utente; resta costante quando vengono aggiunti o eliminati dati e viene assegnato al
momento della creazione dell’elemento poligonale al punto etichetta del poligono.
Il primo record della PAT rappresenta il poligono universo (area all’esterno della copertura
del tema) ed è caratterizzato da:
• Area, riporta il valore negativo della somma di tutte le aree poligonali del tema
30
• Perimetro, è quello degli archi delimitanti il tema
• Numero interno, sempre uguale a 1 (analogamente al numero di record)
• Numero utente, sempre uguale a 0
Ciascun poligono deve avere un solo punto etichetta.
Tabella di attributi poligonali (PAT)
0
1
1
2
23
3
6
2
3
4
4
5
6
5
8
16
7
7
6
8
9
Tabella di attributi poligonali
REC #
AREA
PERIMETRO
INTERN_ID
USER_ID
1
2
3
4
5
6
-9180,05
2205,11
1986,30
2896,50
1328,75
763,39
495,60
195,28
202,68
295,30
386,25
169,36
1
2
3
4
5
6
0
6
23
8
7
16
Dati tabellari
Gli elementi geografici dispongono di attributi descrittivi: ad esempio è possibile descrivere
una particella per mezzo del suo proprio, della sua rendita catastale, del numero di mappa e
dell’indirizzo, così come una strada può essere descritta con il nome, la larghezza, il numero
di corsie ed il materiale con il quale è pavimentata.
Le modalità per inserire dati di tipo tabellare in un GIS sono raggruppabili nelle seguenti:
•
Inserimento diretto nella tabella degli attributi.
31
E’ il modo più semplice: si tratta solo di aggiungere uno o più campi (colonne) nella
tabella ed inserire direttamente i dati dalla tastiera.
•
Inserimento diretto in una tabella appositamente creata
In questo caso si crea una tabella vuota che viene poi riempita inserendo manualmente i
dati dalla tastiera; questa tabella potrà essere collegata (come si vedrà di seguito) a quella
degli attributi. Creare una nuova tabella e quindi inserire i dati è molto più flessibile che
inserire semplicemente i dati nella tabella degli attributi come nel caso precedente: infatti
la tabella separata può essere manipolata indipendentemente dal tema, e può poi essere
collegata a tutti i temi nella quale può essere necessaria.
•
Caricamento da file o database esterni esistenti.
Se i dati esistono già in forma tabellare in un file o in un database, non è necessario
inserirli manualmente: si possono caricare questi dati in una tabella. Questi dati possono
essere aggiunti ad una mappa unendoli, mediante un’operazione di join, alla tabella degli
attributi.
Associazione fra attributi e dati spaziali
Attraverso la relazione o l’unione di un database descrittivo alla tabella di attributi, è possibile
associare agli elementi geografici, ulteriori attributi rispetto a quelli contenuti in tale tabella.
Nella tabella degli attributi gli elementi sono associati ad altri database per mezzo di un
campo che viene condiviso.
Le funzioni di interrogazione del database accedono ai dati tabellari attraverso gli elementi
visualizzati sullo schermo. Si può effettuare una semplice interrogazione selezionando un
elemento con il cursore o con il mouse. Ad esempio, si può selezionare un condotto di una
rete idrica ed ottenerne il diametro, il tipo e la portata.
Stabilita l’associazione fra attributi ed elementi, è possibile visualizzare gli elementi
geografici sulla base dei valori dei loro attributi: si possono, ad esempio, visualizzare
particelle campite con diversi retini e colori in base alla loro destinazione.
Molti comandi di costruzione del database usano attributi per determinare quali elementi
saranno separati, accorpati, selezionati oppure eliminati dal database: ad esempio, si possono
separare tutti i servizi che ricadono all’interno di un certo distretto amministrativo e si può
creare un nuovo tema da essi.
Molte funzioni di analisi spaziale fanno uso degli attributi esistenti per la creazione di nuovi
elementi ed attributi: ad esempio, si possono selezionare tutti i pozzi con una profondità
32
maggiore di 25 metri e si può individuare la zone di rispetto attorno ad essi.
Collegamento dati spaziali-attributi
Dato spaziale
Tabella degli attributi
Ulteriori attributi
ID
······ ······ ······ ······
ID
······
······
Rapporti tra record
Durante un’operazione di associazione, i record di un database vengono confrontati con quelli
di un altro al fine di trovare valori corrispondenti. I due database possono avere lo stesso
numero di record, ma questo è un evento che non si verifica spesso, più frequentemente non
vi è corrispondenza tra il numero di record nei due database: sono quindi possibili tre tipi di
rapporti: uno-a-uno, molti-a-uno, uno-a-molti.
33
Rapporto uno-a-uno.
In un rapporto uno-a-uno i valori del campo comune identificano univocamente un record di
entrambi i file: ad un record del database selezionato (input) ne corrisponde soltanto uno nel
database collegato.
Rapporto molti-a-uno.
In un rapporto molti-a-uno, a molti record del database selezionato (input) corrisponde lo
stesso record di quello collegato. Ad esempio si consideri una tabella (che potrebbe essere
una tabella di attributi di un tema) relativa ad edifici avente un campo contenente il
nominativo dei proprietari delle singole unità immobilari degli edifici ed un file di database
relazionato, contenente soltanto l’identificativo dei singoli edifici e la corrispondente zona di
PRG. Poiché più proprietari abitano nello stesso edificio, quando i file verranno posti in
relazione al fine di accedere alla zona di PRG, molti record nella tabella di input
corrisponderanno ad uno stesso record nel database relazionato.
Rapporto uno-a-molti
In un rapporto uno-a-molti, ad un record del database selezionato (input) corrispondono più
record di quello collegato. Si consideri, ad esempio, una tabella (che potrebbe essere una
tabella di attributi di un tema) relativa ad edifici avente un campo contenente le zone di PRG
corrispondenti a ciascuno di essi ed un file di database relazionato, contenente oltre
all’identificativo degli edifici il nominativo dei proprietari delle singole unità immobilari
degli stessi. Poiché più proprietari abitano nello stesso edificio, quando i file verranno posti in
relazione al fine di accedere alla zona di PRG, ad ogni record nella tabella di input
corrisponderanno molti record nel database relazionato.
Rapporti tra record
UNO – A – UNO
Tabella di input
Tabella collegata
34
······
······
······
······
ID_EDIFICIO
ID_EDIFICIO
ZONA_PRG
250
380
216
250
380
216
B1
B3
C1
MOLTI – A – UNO
Tabella di input
······
······
······
······
······
······
Tabella collegata
PROPRIETA
ID_EDIFICIO
ID_EDIFICIO
ZONA_PRG
BIANCHI
ROSSI
VERDI
TIZIO
CAIO
250
216
380
216
250
250
380
216
B1
B3
C1
UNO – A – MOLTI
Tabella di input
······
······
······
······
Tabella collegata
ZONA_PRG
ID_EDIFICIO
ID_EDIFICIO
PROPRIETA
B1
B3
C1
250
216
380
250
216
380
216
250
BIANCHI
ROSSI
VERDI
TIZIO
CAIO
Metodi di associazione
La possibilità di creare unioni o relazioni fra temi permette l’accesso ad una grande quantità
di dati associati ad un tema, senza doverli ogni volta introdurre o registrare nello stesso file.
Vi sono due metodi per realizzare queste associazioni: UNIONE (JOIN) o RELAZIONE
(LINK).
35
UNIONE
Quando si esegue un’operazione di JOIN tutti i campi di una tabella vengono aggiunti ad
un’altra tabella: le due tabelle vengono fisicamente unite in una.
In generale bisognerà indicare: il nome del tema di input (cioè la tabella A CUI viene agiunta
l’altra), del tema di unione (cioè la tabella CHE VIENE aggiunta all’altra), del tema di output
(cioè del risultante), del campo di relazione (comune ad entrambi), del campo del tema di
input dopo il quale vanno inseriti i nuovi campi provenienti dal tema di unione, del metodo di
unione da usare per trovare record uguali. Notare che se il tema di input è una tabella di
attributi, il nome del tema di output deve corrispondere a quello di input (cioè della tabella
stessa).
Ad esempio supponiamo di voler realizzare una mappa rappresentante alcune caratteristiche
di edifici. In una vista è presente un tema rappresentante gli edifici. Le ulteriori caratteristiche
(in base alle quali si vuole effettuare la rappresentazione) sono contenute in un file esterno in
formato tabellare che può quindi essere caricato nel programma come dato di tabella. Per
rappresentare gli edifici in base ad una qualunque delle caratteristiche contenute nella tabella
esterna bisogna eseguire un join tra la tabella degli attributi e quella dei dati ulteriori. Per fare
questo ci deve esser un campo comune, ad esempio il numero di mappa degli edifici.
Eseguendo l’operazione di join i dati ulteriori vengono aggiunti alla tabella degli attributi.
Poiché l’operazione di join tra tabelle non coinvolge fisicamente i rispettivi file, non è
necessario possedere l’autorizzazione alla scrittura sui file per effettuare un’operazione di join
ed è quindi possibile utilizzare dati di sola lettura.
Quando si effettua un join tra tabelle, si stabilisce una relazione uno-a-uno o molti-a-uno tra
la tabella di destinazione (ad es. una tabella di attributi di un tema) e la tabella sorgente (ad es.
la tabella contenente le informazioni che si vogliono aggiungere alla tabella di attributi del
tema).
Nell’esempio fatto sopra la relazione tra le tabelle è di tipo uno-a-uno, in quanto ciascun
record nella tabella di attributi corrisponde ad un record nella tabella dei dati demografici.
Unione (JOIN) fra tabelle (uno-a-uno)
135
167
234
36
Tabella degli Attributi
······
······
······
······
SUP_CAT
250
380
216
RENDITA
1250
1760
185
N_MAPPA
135
167
234
Tabella di input
Tabella di unione
Ulteriori attributi
N_MAPPA
135
167
234
A_COSTR
1953
1957
1968
N_PIANI
2
4
3
Z_PRG
B1
B1
B1
Tabella di output
Tabella degli Attributi
······
······
······
······
SUP_CAT
250
380
216
RENDITA
1250
1760
185
N_MAPPA
135
167
234
A_COSTR
1953
1957
1968
N_PIANI
2
4
3
Z_PRG
B1
B1
C1
37
Unione (JOIN) fra tabelle (molti-a-uno)
135
234
Tabella degli Attributi
······
······
······
······
······
SUP_CAT
250
216
250
216
PROPRIETA
BIANCHI
ROSSI
VERDI
TIZIO
N_MAPPA
135
234
135
234
Tabella di input
Tabella di unione
Ulteriori attributi
N_MAPPA
135
234
A_COSTR
1953
1968
N_PIANI
2
3
Z_PRG
B1
C1
Tabella di output
Tabella degli Attributi
······
······
······
······
······
SUP_CAT
250
216
250
216
PROPRIETA
BIANCHI
ROSSI
VERDI
TIZIO
N_MAPPA
135
234
135
234
A_COSTR
1953
1968
1953
1968
N_PIANI
2
3
2
3
Z_PRG
B1
C1
B1
C1
38
In altre parole, c’è un solo record di dati demografici nella tabella sorgente per ogni stato
(nella tabella destinazione).
Un esempio di relazione molti-a-uno. Supponiamo di avere il precedente tema nel quale però
è presente un campo contenente i nomi dei proprietari delle singole unità immobiliari di
cisacun edificio. La descrizione della ulteriori caratteristiche degli edifici è memorizzata in un
file separato. Volendo rappresentare gli edifici in base ad uno dei campi del seconda tabella
bisognerà eseguire un join tra le due tabelle utilizzando il campo del numero di mappa come
elemento comune.
Questo join stabilisce una relazione molti-a-uno tra le due tabelle in quanto a molti record
della tabella di destinazione (la tabella degli attributi dei poligoni) può essere assegnato lo
stesso record della tabella sorgente. In altre parole ad uno o più edifici può essere assegnata la
stessa informazione di classificazione dalla tabella sorgente.
RELAZIONE
La relazione fra temi è simile alla loro unione, a parte il fatto che i due temi vengono
mantenuti in due file separati e non vengono uniti (fusi) come avviene con UNIONE (JOIN).
Quando due tabelle sono collegate con un link nessuna delle due tabelle subisce cambiamenti:
esse sono solo collegate una all’altra.
L’accesso ai dati nel tema relazionato viene creato per mezzo della definizione di una
relazione fra i due temi ed il confronto fra i valori dei campi specificati.
Il campo di relazione è il campo comune per mezzo del quale i due temi saranno messi in
relazione: il campo di relazione di ciascun file deve essere definito uguale a quello dell’altro.
Abbiamo visto sopra che l’operazione di join stabilisce delle relazioni di tipo uno-a-uno
oppure molti-a-uno tra la tabella di destinazione e quella di origine. Como visto però
nell’esempio precedente l’operazione di join non è utilizzabile nel caso del rimanente tipo di
relazione: uno-a-molti.
Un esempio di relazione di questo tipo è l’occupazione di un edificio. Un edificio può essere
occupato da molti proprietari, ciascuno per la propria unità immobiliare contenuta
nell’edificio. Si vuole collegare la tabella sorgente degli affittuari a quella degli attributi
rappresentanti l’edificio. Come visto precedentemente effettuando un’operazione di join tra le
due tabelle si otterrebbe l’aggiunta dei soli attributi del primo proprietario, mentre tutti gli
altri verrebbero ignorati.
39
Relazione (LINK) fra tabelle (uno-a-molti)
250
216
380
Tabella degli attributi
A_COSTR
1953
1957
1968
······
······
······
······
N_PIANI
2
4
3
N_MAPPA
250
216
380
Z_PRG
B1
B3
C1
Tabella di input
Ulteriori attributi
Tabella di relazione
N_MAPPA
250
216
380
216
250
N_SUB
1
1
1
2
2
PIANO
1
2
1
2
2
PROPRIETA
BIANCHI
ROSSI
VERDI
TIZIO
CAIO
Tabelle relazionate
Tabella degli Attributi
Tabella relazionata
·····
ZONA_PRG
B1
N_MAPPA
250
N_MAPPA
250
····
PROPRIETA
BIANCHI
·····
B3
216
216
····
ROSSI
·····
C1
380
380
····
VERDI
216
····
TIZIO
250
····
CAIO
·····
····
40
In questo caso bisogna effettuare un’operazione di LINK: effettuata l’operazione
selezionando un record nella tabella di destinazione si selezioneranno automaticamente tutti i
record correlati nella tabella di origine.
Tuttavia non è possibile l’inverso, se si seleziona un record nella tabella di origine non verrà
selezionato il record della tabella di destinazione in quanto il link esiste solo nella tabella di
destinazione.
Tornando all’esempio precedente dopo aver effettuato un link tra la tabella degli attributi
dell’edificio e quella degli affittuari, selezionando l’edificio nella vista si selezioneranno il
corrispondente record nella tabella degli attributi e tutti i record degli affittuari.
L’analisi spaziale
La capacità di un GIS di fare delle analisi spaziali è ciò che distingue la tecnologia GIS da
quella CADD, dalla cartografia automatizzata, dai programmi che legano la grafica agli
attributi, ma non supportano un modello dati topologico.
L’analisi spaziale permette la sintesi e la combinazione di dati spaziali ed attributi esistenti
per creare nuovi dati di entrambi i tipi.
La sintesi e l’aggregazione dei dati rappresentano un metodo per raggruppare e sommare
informazioni in modo da rendere i dati più facili da interpretare e gestire.
Ad esempio, prendendo elementi puntuali, lineari e poligonali di un tema è possibile
raggruppandone i loro attributi in base al fatto di essere compresi all’interno di un elemento
poligonale di un altro tema. Effettuare un’operazione di JOIN si possono aggiungere questi
attributi a quelli degli elementi poligonali del secondo tema in modo che questi ultimi
possano essere poi rappresentati ed interrogati basandosi sui nuovi dati aggiunti. L’uso più
frequente si ha per aggregare i dati che relativi ad elementi puntuali alle aree amministrative
nelle quali essi sono localizzati.
Un altro modo di aggregare è quello di fondere elementi che hanno le stesso valore di un certo
attributo. Il programma rimuove automaticamente i confini tra poligono adiacenti che hanno
lo stesso valore per quell’attributo, permettendo di ottenere aree contigue caratterizzate dal
medesimo uso del suolo; si possono quindi ottenere statistiche sugli elementi che sono stati
fusi.
Questa procedura è particolarmente utilizzata se si lavora con temi contenenti un grande
numero di elementi e si vuole rendere più facile la comprensione della distribuzione spaziale
complessiva e dello sviluppo dei dati.
41
Le operazioni di analisi spaziale
Gli strumenti principalmente utilizzati, in vari modi e differenti combinazioni, per supportare
le fasi dell’analisi spaziale preordinata sono (la denominazione può variare a secoda del
programma in uso):
• EXTRACT che crea un nuovo tema dal set di elementi selezionati
• DISSOLVE, unisce i poligoni adiacenti di un tema che abbiano un identico valore in uno o
più campi, creando un nuovo tema
• BUFFER, che svolge analisi di vicinanza, creando un nuovo tema con le zone o i corridoi
intorno agli elementi.
• le funzioni di OVERLAY, come UNION, IDENTITY ed INTERSECT, consentono di
combinare i dati spaziali e gli attributi di due temi e svolgere analisi sulle nuove relazioni
tra i dati.
Viene infine descritta l’operazione di JOIN SPAZIALE.
EXTRACT
Si usa per creare un nuovo tema, a partire da un tema esistente, che comprenda solo gli
elementi che hanno certi attributi. Ridefinire i dati spaziali in questo modo accorcia i tempi di
elaborazione. Tutte le ulteriori informazioni necessarie a portare a termine l’analisi vengono
svolte solo sugli elementi che interessano, invece che sull’intero database: verrà creato un
nuovo tema formato solo dal set di elementi del tema di partenza selezionati.
DISSOLVE
Si usa per eliminare gli archi comuni a poligoni adiacenti, che hanno (i poligoni) valori uguali
in un campo specifico.
L’uso è molto utile per creare temi separati, ciascuno con un solo campo, da un tema con
molti campi.
BUFFER
Crea temi poligonali, generando zone di rispetto intorno agli elementi del tema di input
(poligoni, linee o punti).
I temi di input possono essere puntuali, lineari o poligonali, i temi di output sono sempre
poligonali.
EXTRACT
42
5
2
1
3
4
Tabella degli attributi
0
1
2
3
4
5
······
······
······
······
······
······
······
······
······
······
······
······
······
······
······
······
······
······
······
······
SUPERFICIE
······
300
1050
1540
1620
2300
Usando SUPERFICIE > 1250
5
3
4
Tabella degli attributi
0
3
4
5
······
······
······
······
······
······
······
······
······
······
······
······
SUPERFICIE
······
1540
1620
2300
DISSOLVE
43
2b
1a
1b
Attributi di lotti e zone
ID
0
1
2
3
4
5
6
Usando il campo LOTTI
LOTTI
ZONE
1
1
2
2
3
3
a
b
a
b
a
b
Usando il campo ZONE
1
a
2
3
b
Attributi dei lotti
Attributi delle zone
ID
0
LOTTI
ID
0
ZONE
1
1
1
a
2
2
2
b
3
3
BUFFER
44
Su tema PUNTUALE
Tabella di attributi
AREA PERIM INTERN_ID USER_ID INSIDE
····
····
····
······
······
······
1
2
3
0
1
2
1
100
100
Su tema LINEARE
Tabella di attributi
AREA PERIM INTERN_ID USER_ID INSIDE
····
····
····
······
······
······
1
2
3
0
1
2
1
100
1
Su tema POLIGONALE
Tabella di attributi
AREA PERIM INTERN_ID USER_ID INSIDE
····
······
1
0
1
····
······
2
1
100
OVERLAY
E’ un’operazione spaziale che sovrappone un tema (detto di INPUT) ad un altro (detto di
45
OVERLAY) per crearne uno nuovo (detto di OUTPUT). Gli attributi di un set di elementi
vengono uniti a quelli dell’elemento cui si sovrappone.
L’operazione di overlay può essere effettuata, in genere, su due temi alla volta, ma non ci
sono limiti al numero di temi che si possono combinare.
Viene creata una nuova tabella degli attributi che contiene le informazioni relative ad ogni
nuovo elemento.
Il tema di input può essere di qualunque classe mentre quello di overlay è sempre poligonale,
sono così consentite analisi di poligono-su-poligono, punto-su-poligono, linea-su-poligono.
Anche se le visualizzazioni in un sistema GIS e in un sistema CADD possono apparire molto
simili nel prodotto cartografico finale, la caratteristiche topologiche dei GIS permettono di
ottenere tramite il processso di Overlay un database integrato necessario come base per le
interrogazioni, i report e l’analisi geografiche,
Overlay grafico
Un overlay grafico di layer è utile per fornire un confronto visivo dei layer stessi: si possono
confrontare visivamente e far contrastare gli elementi di ciascun layer. Un disegno di CADD
è principalmente una “pila” di layer grafici con gli attributi relativi alle loro entità. Non ci
sono limiti al numero di layer che si possono sovrapporre (se non quelli legati alle possibilità
di comprensione di chi li guarda): tuttavia l’overlay grafico è solo uno strumento visivo. Non
vengono cioè create associazioni tra gli attributi ed i dati spaziali del database:
l’interpretazione e le relative conclusioni vengono fatte dalla mente dell’utilizzatore.
Overlay topologico
Al contrario un overlay di questo tipo è effettuato nel database ed unisce i dati provenienti da
“data set” separati per creare nuovi elementi geografici e relazioni tra essi. Le operazioni di
overlay possono essere usate per eseguire analisi spaziali e tabellari su dati provenienti da più
database.
Overlay poligono su poligono
E’ un’operazione spaziale che sovrappone un tema poligonale ad un altro per crearne uno
nuovo. I temi vengono intersecati topologicamente e gli attributi di ogni nuovo poligono sono
una combinazione di quelli dei poligoni originari sovrapposti.
Overlay grafico e topologico
1
46
a
2
3
Attributi dei lotti
LOTTI
1
Attributi delle zone
······
ZONE
a
······
2
······
b
······
3
······
2b
1
a
1b
b
2
3
Attributi dei lotti
LOTTI
1
2
3
1a
······
······
······
Attributi delle zone
ZONE
A
······
B
······
2a
3a
3b
Attributi di lotti e zone
LOTTI
1
1
2
2
3
3
ZONE
a
b
a
b
a
b
······
······
······
······
······
······
Overlay punto su poligono
E’ un’operazione spaziale che sovrappone un tema puntuale ad uno poligonale, per creare un
nuovo tema puntuale. Gli attributi di ciascun elemento puntuale vengono uniti con quelli del
47
poligono in cui ricadono. Non vengono creati nuovi elementi puntuali da un overlay di questo
tipo, durante l’operazione non vengono copiati nel tema di output gli archi che descrivono i
poligoni (se necessario tali elementi possono comunque visualizzati dal tema poligonale
originario).
Overlay linea su poligono
E’ un’operazione spaziale che sovrappone un tema lineare ad uno poligonale, per creare un
nuovo tema lineare. Gli elementi lineari vengono divisi in corrispondenza di tutti i limiti dei
poligono. Quindi gli attributi di ciascun arco vengono uniti con quelli del poligono in cui
ricadono. Vengono creati nuovi elementi lineari da un overlay di questo tipo (cioè viene
costruita una nuova topologia arco-nodo), durante l’operazione non vengono copiati nel tema
di output gli archi che descrivono i poligoni (se necessario tali elementi possono comunque
visualizzati dal tema poligonale originario).
Operatori di overlay topologico
Sono:
• UNION, che unisce tutti gli elementi di entrambi i temi
• INTERSECT, che combina gli elementi di entrambi i temi che cadono in un’area comune o
sovrapposta. Tutti i dati che si trovano al di fuori dell’area in comune non vengono
registrati nel tema di output.
• IDENTITY, unisce gli elementi di entrambi i temi che cadono all’interno dell’estensione
grafica del tema di input. Tutti i temi al di fuori di tale estensione vengono cancellati
(“CLIPPED”) dal tema di output. Questa è l’unica operazione di overlay in cui l’ordine dei
temi produce un differente output.
Tutti creano una nuova topologia e nuove tabelle di attributi, ma ciascuno registra un diverso
set di elementi spaziali nel tema di output.
Overlay PUNTO-SU-POLIGONO
Tema di INPUT
2
1
48
Tema di OVERLAY
a
b
c
Tema di OUTPUT
1a
2b
4c
3c
Overlay LINEA-SU-POLIGONO
Tema di INPUT
1
49
2
3
Tema di OVERLAY
a
b
c
Tema di OUTPUT
1b
2b
1a
2c
1c
3c
Overlay POLIGONO-SU-POLIGONO
Tema di INPUT
50
1
2
Tema di OVERLAY
a
b
c
Tema di OUTPUT
2a
2b
1a
1b
1c
2c
Overlay con UNION
Divide i poligoni del tema di input nelle intersezioni con i poligoni di quello di union per
creare nuovi elementi poligonali nel tema di output.
Sovrappone solo temi poligonali
51
Registra tutti gli elementi nel tema di output. La tabella degli attributi del tema di output
contiene gli item delle tabelle del tema di input e di quello di union. Durante la fusione tra gli
elementi dei due temi, non viene scartato nessun riferimento.
Viene ricostruita la topologia del tema di output.
Overlay con INTERSECT
Calcola le intersezioni geometriche di due temi. Il tema di output contiene solo quegli
elementi che sono della stessa classe del tema di input e che ricadono nelle aree dove si
sovrappongono entrambi.
Il tema di input può essere poligonale, lineare o puntuale
Il tema di intersect deve essere poligonale
Il tema di output è sempre dello stesso tipo di quello di input
Gli archi del tema di input vengono divisi nelle intersezioni con i poligoni del tema di intesect
Viene ricostruita la topologia del tema di output
Overlay con IDENTITY
Esegue lo stesso tipo di intersezione geometrica di INTESECT. In questo caso però il tema di
output comprende tutti gli elementi all’interno dell’estensione del tema di input. Nel grafico
della figura le linee tratteggiate indicano gli elementi che non esistono nel tema di output.
Il tema di input può essere poligonale, puntuale o lineare
Il tema di identity deve essere poligonale
L’ordine del tema di input ed identity può influenzare l’estensione del tema di output, se non
è la stessa per entrambi i temi.
Viene ricostruita la topologia del tema di output
Overlay con UNION
Solo per temi POLIGONALI
Tema di INPUT
52
Tema di UNION
Tema di OUTPUT
Overlay con INTERSECT
Tema di INPUT
53
Tema di INTERSECT
(Sempre POLIGONALE)
Tema di OUTPUT
(Tipo di tema uguale a quello di Input)
Overlay con IDENTITY (1)
Tema di INPUT
54
Tema di IDENTITY
(Sempre POLIGONALE)
Tema di OUTPUT
(Tipo di tema uguale a quello di Input)
55
Overlay con IDENTITY (2)
Tema di INPUT
Tema di IDENTITY
(Sempre POLIGONALE)
Tema di OUTPUT
(Tipo di tema uguale a quello di Input)
56
JOIN SPAZIALE
Consiste nell’effettuare un’operazione di JOIN tra le tabelle degli attributi di due temi
utilizzando come campo comune quello del tipo di elemento (SHAPE): ciascun tema basto su
dati vettoriali ha un campo che descrive il tipo di elemento (punto, linea o poligono) nella
tabella degli attributi (questo campo è generato e gestito automaticamente dal programma);
questa operazione di JOIN è definita spaziale in quanto interessa la tabella degli attributi degli
elementi.
Nel caso di elementi puntuali e lineari quando i campi della tabella degli attributi del tema A
vengono aggiunti a quelli del tema B, il programma:
•
trova quale elemento del tema A sia il più vicino a ciascun elemento del tema B;
•
calcola la distanza tra questi elementi ed aggiunge alla tabella degli attributi del tema B un
nuovo campo contenente tali distanze;
•
aggiunge tutti gli attributi della tabella del tema A in quella del tema B in modo tale che a
ciascun elemento nel tema B vengano associati gli attributi del più vicino elemento del
tema A.
In questo modo è possibile:
•
trovare gli elementi puntuali di un tema più vicini agli elementi puntuali di un altro tema
•
trovare gli elementi puntuali di un tema più vicini agli elementi lineari di un altro tema
•
trovare gli elementi lineari di un tema più vicini agli elementi puntuali di un altro tema
ottenendo sempre come risultato la fusione (come sopra spiegato) delle relative tabelle degli
attributi.
Diverso è il discorso con gli elementi poligonali, in questo caso quando i campi della tabella
degli attributi del tema A vengono aggiunti a quelli del tema B, il programma:
•
trova in quale poligono del tema A ciascun elemento del tema B è interamente compreso;
•
aggiunge tutti gli attributi della tabella del tema A in quella del tema B in modo tale che a
ciascun elemento nel tema B vengano associati gli attributi del poligono del tema A
all’interno del quale è interamente compreso; se per un elemento del tema B non esiste
alcun poligono del tema A che lo comprende interamente non vengono aggiunti attributi
al record corrispondente.
In questo modo è possibile:
•
trovare gli elementi puntuali di un tema che cadono all’interno di elementi poligonali di
un altro tema
57
•
trovare gli elementi lineari di un tema che cadono all’interno di elementi poligonali di un
altro tema
•
trovare gli elementi poligonali di un tema che cadono all’interno di elementi poligonali di
un altro tema
ottenendo sempre come risultato la fusione (come sopra spiegato) delle relative tabelle degli
attributi.
Interrogazioni o QUERY
La capacità di interrogare e selezionare elementi del database è una parte importante di
qualsiasi applicazione GIS. Le operazioni di interrogazione e selezione sono operazioni
comuni nell’analisi del database GIS: sono presenti sia tecniche per le selezioni spaziali sia
per quelle degli attributi. La selezione da un disegno di elementi rispondenti a certi criteri è
importante nella creazione di mappe, nella generazione di report e nell’effettuazione di analisi
geografiche.
In generale un GIS può eseguire questi tipi di analisi su tutti i dati spaziali: punti, linee, aree.
Il risultato di una query, chiamato “query set”, è la selezione di un gruppo di elementi che
soddisfano determinati criteri, posti a base della query. Tale risultato può essere utilizzato per
generare rapporti, visualizzazioni grafiche e nuovi file di mappa.
Le principali tipologie di possibili interrogazioni sono quattro.
• Identificazione
Si visualizzano gli attributi per un elemento selezionato di un tema. In generale i comandi di
identificazione non creano un set di elementi selezionati, per fare questo bisogna ricorrere
ai comandi di selezione, che prevedono inoltre dei comandi per aggiungere, modificare,
eliminare elementi dal set di elementi precedentemente selezionati
• Query e selezione per attributi
Questo tipo di interrogazione viene usato quando si hanno delle informazioni descrittive e si
desiderano trovare tutti gli elementi che corrispondono a quelle descrizioni
indipendentemente da dove siano collocati.
• Query e selezione per posizione (spaziale)
Questo tipo di interrogazione viene usato quando è possibile specificare l’area di interesse. In
questo modo si individuano tutti gli elementi che esistono in quell’area, indipendentemente
dalla loro descrizione.
58
Statistiche
• Questo tipo di interrogazione viene usato per riassumere le condizioni e per la generazione
di statistiche
Una volta compiuta una selezione, sia mediante una query sia mediante un selezione diretta, è
possibile eseguire una nuova query solo sugli elementi selezionati in modo da restringere la
selezione oppure aggiungere ad essa nuovi elementi. In generale sono possibili tre alternative:
creare un nuovo gruppo di selezione, aggiungere ad un gruppo di selezione esistente,
selezionare da un gruppo di selezione esistente.
• Crea un nuovo gruppo.
Gli elementi che soddisfano all’espressione di query costituiscono il nuovo gruppo di
selezione e tutti gli elementi eventualmente già selezionati vengono deselezionati.
• Aggiungi al gruppo.
Gli elementi selezionati dalla query vengono aggiunti al gruppo di selezione già esistente:
evidentemente in questo modo la selezione si amplia, e se non esistono elementi già
selezionati si ottiene lo stesso risultato del caso precedente.
• Seleziona da gruppo
Applica l’espressione di query solo agli elementi che erano già precedentemente selezionati
(da un’altra query o mediante uno degli altri metodi di selezione). Tutti gli elementi
selezionati che non soddisfano alla query vengono deselezionati: questo metodo riduce la
selezione.
Identificazione
L’identificazione è la forma più semplice di interrogazione e consiste nella ricerca degli
attributi associati ai vari elementi di mappa o viceversa: è possibile cioè selezionare gli
elementi sullo schermo e ricavare dal database gli attributi connessi oppure, al contrario,
selezionare nel database gli attributi ed evidenziare sullo schermo gli elementi di mappa
connessi.
Nel primo caso la selezione può essere fatta mediante il mouse ed è possibile selezionare più
elementi contemporaneamente sia puntando con il mouse un determinato elemento sia
specificando una finestra su un gruppo di elementi: verranno selezionati tutti gli elementi che
sono compresi totalmente o in parte in tale finestra. A questo punto il programma evidenzierà
nella tabella degli attributi ed in tutte le tabelle collegate (mediante operazioni di JOIN o
59
LINK) i record corrispondenti.
Come detto è anche possibile il procedimento inverso: selezionando nella tabella degli
attributi uno o più record il programma evidenzierà nella mappa gli elementi ad essi associati.
Come detto questo comando non crea un set selezionato ma serve solo a visualizzare gli
attributi.
Query sugli attributi
Come detto un GIS conserva sia elementi di mappa geometrici (dati spaziali) che attributi dei
tali elementi. Usando questo tipo di interrogazione si crea un’espressione che fa uso di nomi
dei campi e valori per indicare una condizione o un insieme di condizioni. Viene poi
effettuata una ricerca sul database per trovare tutti gli elementi interessati da queste
condizioni. Tali elementi possono poi essere elencati e/o evidenziati sullo schermo.
I comandi richiedono la formulazione di un’espressione logica o di una equazione: ciascun
record viene poi confrontato con l’espressione per vedere se esiste una corrispondenza.
L’espressione di query è la precisa definizione di cosa si vuole selezionare: costruire una
espressione di query è un metodo molto potente per selezionare elementi in quanto essa può
contenere molteplici attributi, operatori e calcoli.
In generale la creazione della espressione di query avviene in modo interattivo attraverso una
finestra nella quale sono riportati tutti i campi presenti nella tabella su cui si vuole eseguire la
query ed i valori corrispondenti trovati nel campo selezionato. Mediante l’introduzione di
operatori aritmetici (=, >, >=, <, <=, <>, e parentesi) e logici (AND, OR, NOT) è possibile
costruire espressioni complesse sia scrivendole direttamente nella apposita finestra sia
costruendole puntando con il mouse i vari elementi. Completata l’espressione è possibile
eseguire la query: il risultato sarà la selezione dei record del database e dei corrispondenti
elementi della mappa che soddisfano alle condizioni poste dall’espressione della query.
In questo modo il GIS, interrogando il database sopra ipotizzato, può rispondere a domande
del tipo “Quali particelle sono libere, azzonate in zona commerciale, più grosse di un ettaro e
dove sono localizzate sulla mappa?”. Il GIS dapprima costruirà e invierà l’espressione della
query al DBMS, che cercherà nel database gli attributi che soddisfano i criteri; il DBMS ne
restituirà il numero di mappa al GIS. Il GIS cercherà nel suo database dei dati spaziali quelle
particelle e le rispettive coordinate ed infine le evidenzierà sulla schermata della mappa
Selezione per attributi
60
Tabella degli attributi
······
······
······
······
······
······
······
······
······
······
······
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······
······
······
······
······
······
······
······
······
······
SUPERFICIE
300
1620
1540
1050
2300
QUERY: selezionare tutte le aree con superficie > 1.250
Tabella degli attributi
······
······
······
······
······
······
······
······
······
······
······
······
······
······
······
······
······
······
······
······
······
······
······
······
······
SUPERFICIE
300
1620
1540
1050
2300
catastale.
Viceversa l’utilizzatore può individuare un’area sulla mappa catastale e chiedere al GIS di
61
ricercare i record degli attributi di tutte le particelle contenute in quell’area. Quest’area può
essere rettangolare, circolare o di forma irregolare. Operatori logici possono ancora essere
usati per restringere la ricerca o per specificare quali attributi ricercare
Come detto il risultato di una query è la selezione di un gruppo di elementi che può essere
utilizzata per generare report, visualizzazioni e nuovi file di mappa.
Query spaziali
Un GIS può anche creare “query set” basati sulle relazioni spaziali fra elementi di mappa. Gli
operatori spaziali in una espressione di query definiscono le relazioni spaziali che esistono fra
elementi di mappa. Anche in questo caso gli operatori possono essere combinati per formulare
espressioni complesse.
PROSSIMITA’
Con questa operazione i dati vengono interrogati per trovare elementi basandosi sul concetto
di vicinanza ad altri elementi. In generale il concetto di vicinanza è definita in senso
geografico: ci si basa cioè sulla distanza in linea retta tra due elementi. Vi sono tuttavia
applicazioni nelle quali quello che conta è la distanza reale tra i due elementi più che quella
geografica; ciò succede in particolare per tutti i problemi che riguardano aspetti legati alla
viabilità, al traffico ed alle reti in generale. Esistono applicazioni specifiche che permettono
l’analisi di rete: si può così tener conto sia del concetto di connessione tra due elementi sia di
altri fattori quali condizioni delle strade, limiti di velocità, sensi unici ed altre limitazioni
legate al concetto di rete.
Schematicamente si possono considerare due grosse categorie di query spaziali implicanti il
concetto di prossimità: la ricerca di elementi che cadono entro una certa distanza da un
particolare punto e la ricerca di elementi che cadono entro una certa distanza oppure che sono
adiacenti ad altri elementi.
Nel primo caso si tratta di disegnare un cerchio di raggio voluto nel punto di interesse e far
ricercare quindi il programma gli elementi che cadono all’interno del cerchio. Anche in
questo caso il risultato sarà la creazione di un gruppo di selezione che comprende tutti gli
elementi che soddisfano la condizione.
Nel secondo caso si tratta di utilizzare vere e proprie query (“select by theme”) utilizzando
l’operatore “Within the distance of” ed indicando la distanza voluta, maggiore di zero nel
caso di vicinanza o nulla nel caso di adiacenza.
PUNTO/LINEA/POLIGONO IN POLIGONO
62
Con questa operazione i dati vengono interrogati per trovare elementi basandosi sul fatto che
essi cadano all’interno di elementi poligonali. Si può quindi trovare quali punti, linee o
poligoni in un tema cadono all’interno di poligoni di un altro tema (ad es. quanti e quali
edifici sono contenuti all’interno di un certo gruppo di lotti selezionati); viceversa si può
trovare quali poligoni di un tema contengono completamente un gruppo di punti, linee o
poligoni di un altro tema (ad es. in quali lotti sono compresi un gruppo di edifici selezionati).
Anche in questo caso il poligono può essere disegnato direttamente oppure può trattarsi di
uno o più poligoni appartenenti ad un altro tema.
INTERSEZIONE
Con questa operazione i dati vengono interrogati per trovare elementi basandosi sul fatto che
essi intersechino o si sovrappongono altri elementi. Si possono così trovare linee intersecate
da elementi lineari (es. strade intersecate da un fiume), poligoni intersecati da elementi lineari
(es. lotti interessati da una nuova strada), linee intersecate da elementi poligonali (es. strade
che attraversano zone a particolare destinazione), poligoni che si sovrappongono ad altri
poligoni (es. lotti parzialmente o totalmente compresi in zone di alluvione).
Anche in questo caso la linea o il poligono intersecanti possono essere disegnati direttamente
oppure può trattarsi di linee o poligono appartenenti ad un tema.
Selezione per posizione
Selezionare tutte le aree che
cadono all’interno del poligono
63
Selezionare tutte le aree che
intersecano il poligono
Selezionare tutte le linee che
intersecano il poligono
Selezionare
all’interno
tutti
del
i
punti
cerchio
64
POLITECNICO DI MILANO - FACOLTA’ DI INGEGNERIA
DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA DEI SISTEMI EDILIZI E TERRITORIALI
ANGELA POLETTI
Professore Associato
CORSO GIS PER FUNZIONARI TECNICI
DELLA PUBBLICA AMMINISTRAZIONE
Secondo volume
I GIS per la Pubblica Amministrazione
65
Presentazione
I Geographic Information System sono uno strumento “globale” utile nel processo
decisionale.
Le Pubbliche Amministrazioni devono peraltro considerare che gli aspetti da affrontare per
la loro predisposizione passano attraverso il dialogo e la comprensione tra i differenti livelli
degli operatori territoriali, le volontà e capacità organizzativo-gestionali, l’ipotesi di
evoluzione verso scenari al futuro nei quali la tecnologia e la scienza possono offrire
contributi sostanziali alla costruzione del processo decisionale.
66
INDICE
Sistemi Informativi Territoriali per le Amministrazioni Locali .......................................................................... 657
Aspetti gestionali................................................................................................................................................... 72
GIS e strumenti di supporto alle decisioni ............................................................................................................ 79
Sistemi di Supporto alle Decisioni .................................................................................................................... 79
Problemi decisionali e loro classificazione ................................................................................................... 80
Metodo di soluzione dei problemi basato sull’ingegneria dei sistemi........................................................... 83
Fase di formulazione ................................................................................................................................. 83
Fase di analisi ............................................................................................................................................ 85
Fase di interpretazione............................................................................................................................... 85
Componenti fondamentali di un DSS............................................................................................................ 86
Data Base Management System ................................................................................................................ 86
Model Base Management System ............................................................................................................. 87
Dialog Generation and Management System ............................................................................................ 87
67
Sistemi Informativi Territoriali per le Amministrazioni Locali
Il S.I.T. 1 può essere significativamente considerato un sistema per la gestione di informazioni
concernenti il territorio ed avente come componenti:
• DATI
• PERSONE
• ELEMENTI ORGANIZZATIVI
• STRUMENTI TECNOLOGICI
Tali elementi costitutivi hanno in sé ricchezza e problematiche.
DATI: rappresentano un elemento critico, in quanto, qualora siano disponibili, possono essere
privi di elementi conoscitivi (metadato) che ne possono indicare la possibilità corretta d’uso
(se non si conosce, ed esempio, l’errore associato non è significativa l’applicazione neppure a
tematiche di scala territoriale)
PERSONE: vanno intese in senso completo a partire dalla componente informatica
(specialisti in grado di gestire il sistema), alla componente utenza (urbanisti, geologi, esperti
della gestione del territorio, ecc. ...) che estraggono dati dagli strumenti informatici,
trasformandoli in informazione attraverso la loro competenza professionale.
ELEMENTI ORGANIZZATIVI: il S.I.T. richiede un coordinamento delle risorse tecniche,
delle persone, dei loro compiti, implica capacità di gestire elementi umani e psicologici,
obbliga a coordinare un singolo ente con competenze simili e spesso, in parte, sovrapponentisi
(caso essenziale è legato alla necessità di mantenere aggiornato il sistema di dati, compito
precipuo, ma poco gratificante; tipico esempio negativo, nel passato, le analisi per il Piano,
svolte una tantum e non più aggiornate fino alla revisione, con il sistema reale in continua
evoluzione).
STRUMENTI TECNOLOGICI: è l’elemento di minor criticità, in grado di aumentare
1
Sistema
evidenzia l’integrazione di varie componenti
Informativo evidenzia l’aspetto interpretativo proprio dell’uomo
Territoriale sottolinea la specificità dei dati trattati
68
l’efficienza 2 della struttura, laddove gli altri elementi funzionino, e di farne notare l’assenza
laddove manchi, già prima, la funzionalità.
Nell’ambito di una Pubblica Amministrazione occorre distinguere tra settorialità e globalità
del SIT.
Per settorialità (o basso livello di globalità) si intende affrontare un problema e risolverlo con un’ottica estremamente settoriale; man mano
che l’apertura degli orizzonti fa emergere la possibilità di utilizzo dei dati anche per altre applicazioni, si passa ad una maggiore globalità.
La globalità di un GIS si può distinguere in:
• globalità tematica caratterizzata dall’uso condiviso dei dati del SIT da parte di più Enti che
operano in settori tematicamente diversi (ad esempio diversi uffici di uno stesso Ente,
come la Regione, la Provincia, il Comune);
• globalità organizzativa caratterizzata dall’uso condiviso dei dati del SIT da parte di più
Enti operanti nello stesso settore tematico, alla stessa scala o a scale differenti (ad esempio
il settore trasporti del Ministero, Regioni, Provincie, ecc...).
A seconda dei due approcci (globale e settoriale) si può intelligere il contenuto dei dati; l’approccio settoriale presuppone una conoscenza del
territorio articolata su tematismi, ciascuno proveniente da un Ente diverso ed a tale Ente confinato. Naturalmente, ciascun tema, in virtù della
georeferenziazione dei singoli elementi che lo compongono, è confrontabile con gli altri temi, permettendo analisi più complesse ed efficaci,
basate sulla scelta dei livelli informativi necessari, tra tutti quelli disponibili, e sul confronto dei loro contenuti.
L’esigenza tecnica dell’integrazione dei dati, per gli operatori del territorio, consente di fare
emergere la logica del S.I.T. come organizzazione che collega tutti gli Enti che operano sul
territorio, mediante l’interscambio dei dati.
Il S.I.T. può essere visto nell’ottica di globalità di uno strumento per la conoscenza che
rispecchia l’esigenza di unità del territorio e, nello stesso tempo, la sua specialità e
l’articolazione complessa dei soggetti diversi che su esso operano.
Dal punto di vista dell’Ente locale occorre evidenziare una serie di scelte strutturali:
• il comune di piccole/medie dimensioni non ha, solitamente, a disposizione un ufficio
tecnico ed un ufficio urbanistica in grado di svolgere attività complementari rispetto alle
competenze attribuite, quali la predisposizione di un S.I.T. o G.I.S. locale; d’altro canto
queste sono situazioni nelle quali la dotazione ed implementazione di sistemi
informatizzati possono aiutare pesantemente la realizzazione dei compiti istituzionali,
senza consegnare scelte interne all’amministrazione a consulenze esterne;
I G.I.S. non portano però ritorni immediati, né in termini “politici” né in termini reali;
2
EFFICIENZA di un SIT è legata prevalentemente agli strumenti informatici
EFFICACIA di un SIT è funzione della disponibilità e qualità dei dati della competenza delle persone e
della capacità organizzativa dell’Ente nel suo complesso.
69
• la scelta di realizzare un S.I.T. di tipo informatico è più facile se si fa in modo
indipendente ad altri Enti, perché si può agire con tempi propri, costi comunque più
contenuti(data la minore potenza richiesta dal sistema) e più rapida soddisfazione delle
proprie esigenze. Inoltre la scelta, che non necessita di acquisire nuovi interlocutori,
consente di agire con un “gruppo entusiasta” senza dover vincere le resistenze di avvio in
settori che non hanno sentito o capito l’esigenza del cambiamento;
• la scelta di un sistema indipendente è, per contro, tale da consentire disponibilità di minor
numero di dati e da non garantire, a priori, integrazione a tutti i diversi livelli territoriali.
Dal punto di vista della scelta di chi deve collaborare alla definizione del progetto si possono
far rimarcare le seguenti considerazioni, sulla scelta del decisore:
• decisore tecnologico, l’unico responsabile del S.I.T. è il dirigente di un apposito
dipartimento informatico;
• decisore funzionale, non esiste un responsabile unico ma i dirigenti dei diversi dipartimenti
o servizi operativi interni si riuniscono in un apposito comitato degli utenti che
collegialmente fissa le politiche di sviluppo;
• decisore
strategico,
le
politiche
di
sviluppo
sono
fissate
dalla
direzione
dell’amministrazione.
Come per i decisori anche gli utenti possono essere suddivisi in tre classi cui corrispondono
ben determinate esigenze e capacità:
• utenti tecnologici, tecnici informatici con elevato grado di preparazione tecnica senza
compiti specifici se non quello di far funzionare al meglio il sistema;
• utenti funzionali, operatori di settore che devono assolvere ai diversi compiti operativi
dell’amministrazione, hanno esperienza di settore o operativa ma, in generale, non hanno
esperienza nel campo informatico;
• utenti strategici, responsabili amministrativi e dirigenti d’azienda cui interessano
informazioni al massimo grado di aggregazione per fare scelte strategiche, richiedono
tempi di risposta brevissimi anche su domande non previste a priori.
Intersecando i tipi di decisore con le classi di utenti otteniamo il seguente modello (URBIS).
70
DECISORE
TECNOLOGICO
FUNZIONALE
STRATEGICO
U
T
TECNOLOGICI
PRESIDIO
TECNOLOGICO
PRESIDIO
MISTO
PRESIDIO
MISTO
E
N
FUNZIONALI
PRESIDIO
MISTO
PRESIDIO
FUNZIONALE
PRESIDIO
MISTO
T
I
STRATEGICI
PRESIDIO
MISTO
PRESIDIO
MISTO
PRESIDIO
STRATEGICO
In questo schema si evidenziano quattro situazioni, o presidii, differenti, cui corrispondono Sistemi Informativi con caratteristiche e
funzionalità molto diverse.
• Presidio tecnologico: il SI sarà molto costoso, tecnicamente sofisticato e dotato di SW e
HW sempre all’avanguardia. Solo gli utenti con elevata preparazione ed esperienza ne
consentono l’uso. In definitiva i bisogni operativi dell’amministrazione sono secondari e
vengono in genere trascurati di fronte alla possibilità di compiere un virtuosismo
tecnologico. Normalmente questi sistemi servono quasi esclusivamente a dare lustro
all’amministrazione. Sopravvivono solo fintanto che essa ha fondi sufficienti a sostenere
questa struttura per certi versi inutile.
• Presidio funzionale: il SIT sarà distribuito e diffuso nei settori operativi. Sarà basato su
HW e SW anche molto differenti per meglio adattarsi alle esigenze dei diversi operatori.
Progettato per assistere gli utenti finali nei diversi uffici sarà semplice da usare anche per
utenti inesperti. I bisogni dell’utente finale hanno la massima priorità rendendo
l’amministrazione operativamente più efficiente. Grazie ai vantaggi operativi apportati
all’amministrazione questi sistemi saranno molto resilienti e dotati degli ingenti fondi
necessari al loro mantenimento.
• Presidio strategico: il sistema sarà strumento strategico per la dirigenza e quindi
sufficientemente semplice, veloce, compatto e flessibile da esaudirne le richieste in
qualsiasi momento. I fondi necessari saranno limitati ma costanti nel tempo dato che il
sistema assolve bene ai propri compiti.
Benchè il presidio tecnologico sia altamente inefficiente, tutte le tre situazioni finora
presentate sono percorribili e conducono a Sistemi Informativi funzionanti.
Si sono classificate tutte le altre combinazioni di tipo di decisore e di classe di utenti sotto
71
un’unica definizione poichè i risultati del progetto di informatizzazione saranno sempre
fallimentari:
• Presidio misto: il SIT non è progettato da chi lo utilizzerà e ne trarrà beneficio e quindi
sarà in larga misura inutilizzabile. Il sistema avrà spesso politiche di utilizzo contrastanti
che ne limiteranno l’uso. Il sistema sarà di volta in volta troppo o troppo poco potente,
complesso, veloce.
Nel caso in cui un’amministrazione non riesca a creare al proprio interno una situazione
diversa da quella di presidio misto è consigliabile ritardare gli investimenti in un Sistema
Informativo fintanto che non siano risolte le incongruenze organizzative.
Inutile dire che il sistema migliore è quello in cui le necessità di tutti gli operatori, siano essi
tecnologici, funzionali o strategici, sono gestite al meglio e senza sprechi. Quello che si può
facilmente prefigurare è un sistema unitario al quale i singoli operatori accedono con
interfacce e modalità specifiche per ogni funzione distinta. I dirigenti, per avere informazioni
ed analisi di tipo strategico, accedono ai dati generati al livello funzionale-amministrativo con
strumenti dedicati. La manutenzione di un sistema così articolato è naturalmente affidata ad
operatori esperti.
Benché una configurazione di questo tipo sia tecnologicamente ed economicamente fattibile
rimangono insoluti i problemi legati alle dinamiche sociali che caratterizzano il complesso
dell’organizzazione in esame. Ogni organizzazione infatti si basa su più o meno precari
equilibri di forze fissati da competenze e responsabilità; è impensabile quindi sperare di poter
ridefinire il quadro organizzativo interno senza incontrare resistenze da parte di quegli
individui che, con l’innovazione, vedono diminuire il proprio potere o prestigio. Proprio in
queste resistenze, a volte dichiarate ma spesso dissimulate, vanno ricercate le cause del
fallimento di più del 40% di 500 progetti di informatizzazione iniziati negli Stati Uniti, a
partire dal 1977.
Aspetti gestionali
Si segnalano soltanto due elementi significativi sui quali si può ragionare concretamente in
termini di esperienza: evoluzione organizzativa e standardizzazione.
Entrando più nel dettaglio nella struttura evolutiva di un S.I.T. possiamo verificarne gli
elementi dell’evoluzione organizzativa.
72
Globalità organizzativa
(crescente)
B
D
A
C
Globalità tematica
(crescente)
TEMATICAMENTE SETTORIALE
=
SIT
=
SIT
=
SIT
=
SIT
ORGANIZZATIVAMENTE SETTORIALE
A
TEMATICAMENTE SETTORIALE
ORGANIZZATIVAMENTE GLOBALE
B
TEMATICAMENTE GLOBALE
ORGANIZZATIVAMENTE SETTORIALE
C
TEMATICAMENTE GLOBALE
D
ORGANIZZATIVAMENTE GLOBALE
Il PROCESSO EVOLUTIVO porta da A a D passando per B o passando per C a seconda del
tipo di Ente.
Nello schema seguente sono riassunte le principali caratteristiche del processo.
A
VANTAGGI
SVANTAGGI
Concretezza e facilità di valutare
rapporto costi/benefici.
Tempi brevi per l’operatività (stesso
Ente).
Non sfrutta la potenzialità di incrocio
con dati relativi ad altri temi, duplica
dati con altre esperienze diverse sia
gerarchicamente che tematicamente.
73
B
C
D
Enti con competenze Ci si appoggia ad uffici periferici o ad Non sfrutta la potenzialità di incrocio
con dati relativi ad altri temi, duplica
specifiche in un certo altri enti.
Concretezza
ed
operatività
dati con altre esperienze diverse sia
settore
gerarchicamente che tematicamente.
Non
duplicazione
del
dato.
Difficoltà di avvio dovuto all’onere per
Enti con vasto spettro
Potenzialità
dell’incrocio.
il DataBase iniziale, necessita di
di competenze (livello
coordinamento all’interno dell’Ente e
intermedio
Enti
di assorbire un tempo lungo in cui il
locali)
rapporto costi/benefici è negativo.
Duplicazione
dati
con
Enti
gerarchicamente diversi.
Ideale ma UTOPICO Vantaggi di tipo tecnico ed economico Difficoltà per il coordinamento delle
dovuti a una razionale organizzazione. strutture con diversa vocazione
tematica e operanti a livelli gerarchici e
tematici diversi. Scarsa operatività,
difficoltà di avvio e costi elevati.
Nell’ambito della Pubblica Amministrazione un problema importante che nasce è quello
relativo allo standard in particolare quello di PORTING (= trasferimento) tra differenti
utilizzatori, soprattutto di livello diverso: es. Comune nei confronti della Regione che sta
producendo il S.I.T. di livello regionale.
In relazione alla standardizzazione si devono perseguire almeno due obiettivi:
Obiettivo n.1 ⇒
muovere dati tra due macchine dotate dello stesso software applicativo operativo su
hardware diversi.
Si tratta di un PROBLEMA TECNICO che può essere risolto a livello informatico.
Obiettivo n.2 =⇒ trasportare dati tra macchine diverse in cui sono operativi software
applicativi diversi operanti sullo stesso tema e allo stesso livello di scala.
Per l’UTENTE ciò significa stessa modellazione del dato; per l’INFORMATICO questo non
è vero (in quanto la diversa progettazione del sistema porta ad una modellazione informatica
diversa del dato)
74
Geo database
DONATORE
Programma di interfaccia
SMONTAGGIO
Standard di
trasferimento
Geo database
RICEVENTE
Programma di interfaccia
RICOSTRUZIONE
Infine si presenta una terza necessità: due applicazioni operano su dati DIVERSAMENTE
MODELLATI. Il problema, in questo caso, non è informatico, ma legato all’applicazione.
Caso a)
Diversa modellazione del dato legata a diversità di applicazione 3
Caso b)
Diversa modellazione del dato legata all’operatività su scale differenti (con
stessa applicazione) 4
Nel primo caso si tratta di un problema di semantica; nel secondo di codifica grafica,
risolvibili con una corretta applicazione.
Nelle pagine seguenti è riportato lo schema di un SIT utilizzato a supporto della redazione di
un piano per il Recupero Microambientale del rione Esquilino a Roma, grossa porzione del
centro storico di Roma a ridosso della Stazione Termini (esperienza presentata nel corso di
GISItinera 1997). L’utilizzo del SIT ha permesso di eseguire le analisi spaziali e le
modellizzazioni multicriteri che sono state di supporto alle decisioni relative alla elaborazione
del piano urbanistico di attuazione.
3
Diversi esperti operano sullo stesso dato (urbanisti, geologi, forestali..)
4
Stesso settore tematico, ma livelli di scala diversi; la variazione di scala comporta problemi tecnici diversi (es.
diversa modellazione grafica del dato).
75
Banca Dati
Alfanumerici
DECISIONI
Altre
fonti
Banca Dati
Geografici
SIT
Modelli
ELABORATI
DI PROGETTO
NORMATIVA
Viste e
tabelle
Decisioni
SIT
Ulteriori analisi
in corso d’opera
Altro
Gestione economica
del progetto
Descrizione della banca dati
76
Strada
Edificio
•
•
-
topologia poligonale:
tipo pavimentazione
superficie
perimetro
larghezza media
bacino visuale
sezione censimento
-
topologia lineare
lunghezza
flusso di traffico
inquinamento acustico
inquinamento chimico
sensibilità
•
-
topologia poligonale:
superficie
perimetro
sup. di facciata
numero piani
altezza
volume
stato di conservazione
proprietà
anno di edificazione
uso prevalente
presenze commerciali al p.t.
sezione di censimento
densità residenziale su superficie coperta
Parcheggi
Verde
Alberature
•
topologia poligonale:
- superficie
- tipo
……
Rudere
Mura Aureliane
77
EDIFICI
STRADA
Parametri microambientali
OTTIMIZZAZIONE
PERCORSI
STRADALI
Ipotesi di
progetto
VERDE
Lunghezza
Rallentamenti
Densità residenziale
su superficie coperta
Sensibilità
ORG.VISUALE
Bacini visuali
POPOLAZIONE
EDIFICI
Parametri microambientali
STRADA
AREA PER
PARCHEGGI
Ipotesi di
progetto
VERDE
Proprietà
ORG.VISUALE
Uso
Stato manutenzione
Altezza
Punti notevoli
Anno edificazione
Densità residenziale
su superficie coperta
POPOLAZIONE
78
GIS e strumenti di supporto alle decisioni
L’ipotesi che la disponibilità di un G.I.S. (inteso nella totalità delle sue componenti:
hardware, software, fattore umano ed organizzazione) possa costituire un aiuto alla decisione
è implicito nel concetto di conoscenza che consente una migliore facilità ad effettuare scelte.
Così la trasformazione delle conoscenze in informazioni nelle loro espressioni figurative
(cartografiche, grafiche, ecc.) oltre che numeriche, e la scomposizione dell’ambiente in studio
in componenti, per poi ricomporre il tutto in una visione unitaria, la definizione della qualità
del dato (e più in generale del metadato) aiutano il decisore, ai vari livelli, alla definizione del
problema territoriale e, con essa, alla sua risoluzione.
Analogamente i G.I.S. hanno un loro ruolo nella conoscenza delle variabili topologicospaziali dei fenomeni territoriali che si ripercuote sulla valutazione e sulla progettazione del
territorio.
Si possono porre pertanto come “modelli” parziali per l’integrazione di dati e di informazioni
di natura diversa e per la strutturazione iniziale della conoscenza coinvolta nella risoluzione
di un problema.
Dal punto di vista più correttamente disciplinare i D.S.S (Sistemi di Supporto alla Decisione)
sono un’altra cosa; se ne darà, di seguito, indicazione dei componenti e del funzionamento.
Sistemi di Supporto alle Decisioni
Lo scopo di un Sistema di Supporto alle Decisioni (DSS) è quello di aiutare gli esseri umani
nello svolgere compiti, in campo tecnico e gestionale, che richiedono decisioni, giudizi e
scelte. Un DSS è, in termini estremamente generali, un sistema in grado di fornire ai soggetti
decisori un supporto che permetta di incrementare l’efficacia del processo di formulazione
delle decisioni. Poiché, in genere, l’uso dei DSS è previsto più in contesti tattico-strategici
che non in quelli operativi, l’efficienza (misurata in termini di tempo necessario a pervenire
alla decisione), sebbene importante, è normalmente ritenuta di secondaria importanza rispetto
all’efficacia.
Le prestazione offerte da questi sistemi vanno dall’assistenza nella valutazione delle
situazioni, all’identificazione di scenari alternativi di azioni, alla formulazione di contesti
decisionali, alla strutturazione ed analisi di tali contesti, fino all’interpretazione dei risultati
dell’analisi delle alternative in funzione di una scala di valori proposta del decisore.
79
Tutto ciò comporta la formulazione di alternative, l’analisi dei loro impatti, l’interpretazione
e la selezione di appropriate opzioni per l’attuazione; questi tre passi sono, come si vedrà
meglio in seguito, fondamentali nella struttura di un DSS.
Le aree nelle quali l’uso dei DSS appare promettente sono molte: in sintesi si può affermare che i DSS possono trovare utile applicazione in
tutti i campi nei quali gli amministratori debbono prendere decisioni per fronteggiare situazioni che presentano, inizialmente, una
strutturazione non familiare.
Un DSS può essere considerato formato da tre componenti principali:
•
Data-Base Management System (DBMS)
•
Model-Base Management System (MBMS)
•
Dialog Generation and Management System (DGMS)
Ambiente decisionale
Decisore
Dialog Generation &
M
Data Base
tS t
Model Base
Figura 1 - Componenti di un Sistema di Supporto alle Decisioni
La Figura 1 illustra le interconnessioni tra questi tre componenti e mostra come l’interazione
del decisore con il sistema avvenga attraverso il DGMS.
Problemi decisionali e loro classificazione
Lo sviluppo dei DSS è reso possibile grazie al contributo di numerose aree disciplinari.
L’informatica fornisce l’hardware ed il software necessari ad implementarne gli schemi; di
80
fondamentale importanza sono il progetto dei Data-Base e gli strumenti di programmazione di
supporto. Le scienze gestionali e la ricerca operativa forniscono la base teorica ai processi di
analisi delle decisioni necessari per sviluppare utili ed importanti metodi di approccio alla
formulazione delle scelte; tali metodi risultano fondamentali per quanto concerne l’analisi dei
sistemi ed il Model Base Management. La scienza che studia i comportamenti ed i processi
cognitivi fornisce una ricca fonte di notizie sulle metodologie seguite dall’uomo o dalle
organizzazioni nel trattamento delle informazioni e nella formulazione di giudizi; indicazioni
in questi campi sono indispensabili nel progetto dei sistemi di Dialog Generation and
Management.
Sono state avanzate varie proposte di classificazione delle decisioni a seconda della loro
tipologia. Una delle più interessanti è quella formulata da R.N. Antony, che prevede quattro
tipi di decisioni:
1) Decisioni per la pianificazione strategica: decisioni che hanno per oggetto politiche ed
obiettivi ad alto livello, nonché l’allocazione delle risorse ad essi collegate.
2) Decisioni per il controllo della gestione: decisioni prese allo scopo di assicurare efficacia
nell’acquisizione e nell’utilizzo delle risorse.
3) Decisioni per il controllo delle azioni: decisioni prese allo scopo di assicurare efficacia
nella fase di svolgimento delle azioni.
4) Decisioni per l’attuazione delle azioni: decisioni quotidiane prese durante lo svolgimento
delle azioni.
La Figura 2 illustra il modo in cui queste decisioni sono correlate ed il modo in cui esse
influenzano l’apprendimento: tale apprendimento è necessario in quanto, altrimenti, non vi è
possibilità di miglioramento nel futuro.
Decisioni per
il controllo della
requenza delle decisioni
ENDIMENTO
Decisioni per
portanza delle decisioni
la pianificazione
81
Figura 2 - Schema decisionale
Si nota come le decisioni strategiche sono associate a conseguenze di più alto impatto, comportano verosimilmente rischi più significativi e
devono essere prese fondandosi su informazioni molto meno precise di quelle disponibili per le decisioni di controllo ed attuazione delle
azioni. Queste ultime due categorie si riferiscono, in genere, a compiti specifici e possono essere definite come decisioni di controllo di tali
compiti.
Una decisione può essere definita “strutturata” nel caso in cui il processo di formulazione
della decisione possa essere compiutamente ed esplicitamente descritto prima dell’istante in
cui è necessario prendere la decisione stessa. In caso contrario si hanno decisioni non
strutturate o parzialmente strutturate.
In genere le decisioni appartenenti alle ultime due categorie della classificazione sopra
riportata sono decisioni di tipo strutturato, mentre è verosimile che ciò non accada per quelle
di livello strategico.
Perciò i Sistemi Esperti (che fanno uso intensivo di quello che può essere definito
“ragionamento basato su regole”), possono essere ritenuti idonei per questo tipo di decisioni;
viceversa l’uso dei DSS è più appropriato nelle decisioni di tipo strategico e di controllo
gestionale che non in quelle per il controllo e l’attuazione di azioni.
In generale si può ritenere che non vi sia necessità di alcun supporto in caso di decisioni ben
strutturate; in queste circostanze potrebbe essere desiderabile realizzare una automazione del
processo decisionale, sollevando in tal modo il decisore dall’onere di compiere operazioni di
routine, incrementando in tal modo il tempo disponibile per le attività di decisione più
significative. In alternativa si può demandare lo svolgimento del compito a soggetti che non
ne abbiano specifica conoscenza attraverso l’uso di un Sistema Esperto in grado, per questo
tipo di decisioni, di assisterli.
82
Metodo di soluzione dei problemi basato sull’ingegneria dei sistemi
L’ingegneria dei sistemi fornisce una serie di linee guida e di metodologie utili per assistere
gli utenti nella risoluzione dei problemi.
Come visto precedentemente le tre parti fondamentali in cui può essere scomposto il processo
di
supporto
alle
decisioni
sono
costituite
dalla
formulazione,
dall’analisi
e
dall’interpretazione.
Nel seguito verranno esposte alcune brevi considerazioni su questa metodologia il cui schema
operativo è rappresentato in Figura 3.
Fase di formulazione
In questa prima fase il DSS deve essere in grado di assistere il decisore nella formulazione del
contesto della decisione permettendo di individuare le esigenze, di identificare appropriati
obiettivi (il cui livello di soddisfazione permette di valutare il grado di risoluzione di un
problema), e di generare scenari alternativi di azioni da intraprendere, potenzialmente
accettabili (che riescano a soddisfare le esigenze ed a perseguire gli obiettivi).
Il primo passo nella formulazione di un problema comprende l’identificazione degli elementi
e delle caratteristiche del problema stesso e porta alla definizione del quesito che deve essere
risolto. La definizione del problema implica, in genere, una serie di iterazioni che comportano
successive riformulazioni dello stesso, allorché si viene a modificare la rappresentazione di
quello che originariamente era stato pensato essere il problema. Quest’attività è generalmente
di gruppo, coinvolgendo tutti gli individui che hanno familiarità con il problema o sono
interessati dallo stesso. Oltre alla individuazione di esigenze, vincoli e variabili e delle
relative interrelazioni, è di fondamentale importanza l’identificazione e la strutturazione degli
obiettivi per le politiche o le alternative che dovranno essere scelte alla fine del processo.
L’ultimo passo prevede la generazione di opzioni o la identificazione di alternative e, spesso,
rappresenta una parte trascurata del processo di soluzione dei problemi.
83
Risoluzione di un problema
OR
1 - FORMULAZIONE del problema
•
•
•
•
•
Identificazione delle esigenze, vincoli e variabili
Identificazione degli obiettivi
Identificazione dei requisiti di informazione
Identificazione di scenari alternativi di azioni
Strutturazione preliminare del problema
NO
Formulazione
corretta?
SI
OR
2 - ANALISI del problema
•
•
Valutazione (previsione) degli impatti delle
alternative
Perfezionamento delle alternative
No, l’analisi è carente
No, la formulazione è carente
Analisi
corretta?
SI
OR
3 - INTERPRETAZIONE del problema
•
•
•
Valutazione e confronto delle alternative
Selezione delle alternative preferibili
Pianificazione per l’implementazione
No, interpretazione carente
No, analisi carente
No, formulazione carente
SI
Interpretazione
corretta?
Implementazione
dell’alternativa
prescelta
Figura 3 - Schema di approccio alla risoluzione di problemi.
84
Fase di analisi
In questa seconda fase il DSS deve essere in grado di consentire un miglioramento delle
capacità di analisi del decisore, permettendo la valutazione dei possibili impatti degli scenari
alternativi di azioni sulle esigenze.
La fase di analisi è costituita tipicamente da due passi. Nel primo, le opzioni o le alternative
definite nella fase di formulazione del problema sono analizzate al fine di valutarne gli
impatti attesi sulle esigenze e sugli obiettivi. Nel secondo, si procede con azioni di
perfezionamento o di ottimizzazione delle alternative: ciò viene fatto agendo sui parametri in
gioco all’interno delle varie alternative, in modo da ottenere la massima prestazione in termini
di soddisfacimento delle esigenze, nel rispetto dei vincoli dati.
I metodi utilizzati in questa fase sono basati sulla simulazione e la creazione di modelli, cioè
sulla concettualizzazione e sull’uso di un modello che abbia buone possibilità di agire con un
comportamento simile a quello del sistema reale. L’uso di questi modelli permette di studiare
gli impatti degli scenari alternativi di azioni, cosa ben difficilmente fattibile nel sistema reale,
dovendo procedere attraverso la sperimentazione.
Fase di interpretazione
In questa terza fase il DSS deve essere in grado di consentire un miglioramento dell’abilità del decisore a pervenire ad una interpretazione
degli impatti in termini di perseguimento di obiettivi: infatti la capacità di interpretazione conduce alla valutazione delle alternative ed alla
selezione di quella preferibile.
Questa fase inizia con la valutazione e la comparazione delle alternative, utilizzando le
informazioni ottenute dalla fase di analisi. A seguito di ciò diventa possibile la selezione di
una o più alternative, permettendo quindi di passare alla fase di pianificazione della
implementazione.
Vale la pena di sottolineare la notevole differenza esistente tra il perfezionamento di singole
alternative (step di ottimizzazione nella fase di analisi) e la valutazione di gruppi di
alternative ottimizzate. In alcuni casi, il perfezionamento o ottimizzazione di alternative nella
fase di analisi può non essere necessario; al contrario, la valutazione delle alternative è
sempre necessaria, in quanto se è presente solo un’alternativa allora, in realtà, non vi sono
alternative.
85
Componenti fondamentali di un DSS
Come visto precedentemente un DSS è costituito da tre componenti principali: un Data Base
Management System, un Model Base Management System ed un Dialog Generation &
Management System.
Nel seguito verranno esposte alcune brevi considerazioni su tali componenti.
Data Base Management System
Un DBMS può essere considerato come l’unione di un Data-Base (archivio) con il relativo
sistema di gestione.
Un DBMS deve essere in grado di lavorare sia con i dati interni all’organizzazione che con
quelli esterni; inoltre in tutti i casi in cui vi siano più decisori vi sarà la necessità di operare
con archivi a livello personale, locale o di organizzazione. Vi può essere inoltre la necessità di
far fronte a strutture di dati diverse, in modo da essere in grado di riconoscere e trattare dati
probabilistici, dati incompleti ed imprecisi, dati non ufficiali, dati personali, ecc. Il sistema
dovrebbe anche esser in grado di informare l’utente sui tipi di dati disponibile e su come
accedervi.
Le tre principali caratteristiche presentate da un DBMS, e che lo differenziano da un comune
sistema di gestione di archivi, sono: l’indipendenza del dato, la riduzione della ridondanza dei
dati, ed il controllo delle risorse dei dati.
L’indipendenza del dato permette di rendere indipendente il trattamento dei dati dalle
applicazioni che utilizzano il DBMS; in tal caso gli sviluppatori delle applicazioni non
devono necessariamente conoscere nei dettagli l’organizzazione dei dati o le modalità di
accesso pur potendo trattare le informazioni (un tipico esempio è costituito dall’esecuzione di
operazioni di query).
L’eliminazione o la riduzione della ridondanza dei dati è utile nel minimizzare l’impegno
necessario in caso si vogliano introdurre modifiche nei dati contenuti nel data-base. Può
anche essere molto utile nell’eliminare i problemi che si generano qualora, aggiornando i dati
in una parte del data-base, ci si dimentichi (non intenzionalmente) di aggiornare gli stessi dati
presenti, a causa della ridondanza, in altri parti dello stesso.
Il controllo della risorsa è indispensabile poiché molte persone usano potenzialmente lo stesso
data-base.
Per costruire un data-base si deve, per prima cosa, individuare il modello dei dati. Il modello è
86
costituito da un insieme di strutture di dati, di operazioni che possono essere eseguite su tali
strutture e di regole che sono usate per limitare o rendere ammissibili i valori dei dati.
Il relativo sistema di gestione comprende il software in grado di permettere la creazione,
l’accesso, il mantenimento e l’aggiornamento del data-base.
Model Base Management System
Attraverso l’utilizzo di un MBMS i sistemi DSS sono in grado di sviluppare analisi sofisticate
e possedere capacità di interpretazione. La più importante caratteristica di questo componente
è quella di permettere al decisore di esplorare le possibili soluzioni attraverso l’uso di
procedure di algoritmi e di protocolli di gestione di modelli. In generale è possibile l’utilizzo
di più modelli in modo da assecondare con flessibilità le richieste ed i desideri del decisore.
In questo caso la parola modello è da interpretarsi come una generalizzazione astratta di un
qualunque oggetto o sistema atto a questi scopi: ogni insieme di regole od altre relazioni in
grado di descrivere qualche cosa è un modello in grado di rappresentare la stessa.
Quando si rappresentano dei sistemi mediante modelli, si è in grado di potenziare la capacità
di comprenderne le sfumature, di capirne le reciproche interrelazioni e le relazioni con essi.
Si potrà quindi esaminare un problema da diversi punti di vista ed in diverse prospettive (ad
esempio economica, tecnica, politica od ambientale).
In generale i MBMS forniscono una serie di modelli preconfezionati che sono stati trovati
utili nel passato, nonché le procedure per l’utilizzo di tali modelli; accanto a questi vengono
forniti una serie di strumenti che permettono lo sviluppo di ulteriori modelli creati dall’utente.
Dialog Generation and Management System
Questo componente è stato progettato per soddisfare le necessità di rappresentazione delle
informazioni e di controllo ed interfaccia con l’utilizzatore: in sostanza il DGMS è il tramite
attraverso il quale l’utilizzatore dialoga con il sistema.
È infatti il DGMS che si rende responsabile della produzione delle rappresentazioni degli
output del DSS, che si incarica di rappresentare le informazioni fornite dal DBMS e dal
MBMS al decisore e, viceversa, che si incarica di acquisire e trasmettere i suoi input al
DBMS ed al MBMS, rendendo così possibile il dialogo.
Vi sono molteplici tipi di DGMS, a seconda della forma di rappresentazione utilizzata dal
DBMS e dal MBMS. Menù, linguaggi di comando e interfacce di manipolazione diretta sono
alcuni dei formati utilizzati, anche contemporaneamente, dai DGMS che devono comunque
essere “user friendly” data la loro funzione di interfaccia.
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