Introduzione ai GIS

Dott. Stefano Albanese
Via S.Giacomo n°6
83022 Baiano (AV)
Email: [email protected]
I SIT, ovvero Sistemi Informativi Territoriali, acronimo italiano di GIS
(Geographic
Information Systems), sono degli strumenti della nuova tecnologia
dell’informazione che consentono di gestire ed elaborare informazioni di varia
natura associate al territorio.
Una definizione molto diffusa e più rigorosa è:
“I GIS sono sistemi informatici per l’acquisizione, la memorizzazione,
l’elaborazione, l’integrazione e la visualizzazione di dati geograficamente
riferiti alla superficie terrestre”.
Più semplicemente, con la parola GIS si intende
“un sistema complesso di archivi che unisce i data base a rappresentazioni
geografiche”,
essendo in grado di gestire in modo perfettamente integrato dati di tipo
•raster
•vettoriali
•alfanumerici
Con il modello vettoriale si definiscono attraverso vettori e punti i limiti di oggetti da
rappresentare.Questo metodo è ottimo per definire con precisione la forma di un oggetto
reale.Per esempio la topografia viene rappresentata vettorialmente attraverso linee, punti e
poligoni di cui vengono codificati i vertici rispetto ad un sistema di riferimento cartesiano che può
essere in cartografia un sistema di proiezione geografica come l’ UTM.
Il modello di dati vettoriale è un modello molto
leggero in quanto esso si serve per definire gli oggetti
delle sole coppie di coordinate cartesiane che
caratterizzano i vertici degli oggetti da rappresentare.
A(0,15);(0,18);(11,18);(11,6);(6,6),(6,15).
B(15,7);(21,16).
C(0,0);(0,5);(12,5);(12,2)(23,1);(23,0).
Questo metodo di rappresentazione utilizza una maglia regolare di elementi (pixel) di forma
quadrangolare a ciascuno dei quali viene associato un colore in funzione di un valore
alfanumerico correlato. La rappresentazione raster, dunque non definisce oggetti ma ci permette
di raggruppare elementi unitari secondo delle caratteristiche tematiche rappresentate.
L’immagine è il risultato di un sistema fila-colonna (matrice) e quanto più piccoli sono i pixel
maggiore è la definizione dell’immagine.
Le informazioni contenute in un file raster possono essere
“esaustive” con ripetizione per ciascun pixel della variabile
tematica oppure compresse attraverso un algoritmo di tipo
“Run-Lenght” (Es. ECW file) che al momento dell’apertura
deve essere decompresso.
4A;4B
4A;4B
4A;4B
4A;4B
4A;4B
4A;4B
8B
5C;3B
5C;3B
E’ evidente che le
dimensioni di una parte
del file raster,seppur
compresso, saranno
maggiori dell’intero file
vettoriale rappresentante
l’intera area.
Molti programmi quali spreadsheets, statistic packages e sistemi CAD sono in grado di
elaborare dati geografici e spaziali ma questo non li rende necessariamente un GIS. Un ve
GIS è infatti in grado di collegare dati spaziali (Raster o vettoriali) ad delle informazioni,con
in un DataBase, che caratterizzano gli oggetti rappresentati (Componente tematica del GI
Il concetto di data base è centrale in un GIS.
ID Shape
Tipologia N° Ubicazione
A polygon Fabbricato 4 Via Cavour
B polygon Fabbricato 6 Via Verdi
La componente tematica associa ,quindi, alle strutture spaziali ovvero agli oggetti definiti dal sistema
vettoriale o raster una o più informazioni. I dati tematici detti attributi vengono raccolti in un catalogo
secondo due metodi. Le informazioni associate a ciascun oggetto vengono raccolti in un registro
d’informazione. Ciascun oggetto ha un registro nel quale incontrano vari campi di informazione ( uno per
ciascuna informazione).
ID Shape
Tipologia N° Ubicazione
A polygon Fabbricato 4 Via Cavour
B polygon Fabbricato 6 Via Verdi
L’ insieme dei registri che appartiene ad una mappa digitale costituisce il foglio di informazioni di
quella mappa o meglio di quel livello informativo digitale.
Due sono i metodi piu utiizzati per catalogare i dati
•Catalogo indicizzato che ci permette di individuare un elemento attraverso un
campo chiave(ID) unico per ogni registro .
•Catalogo sequenziale nel quale il computer deve scorrere tutti i record per
individuare quello giusto
Il DTM è un modello di informazione topografica in 3 dimensioni.
Come base di partenza utilizza uno strato informativo caratterizzato
da una serie di punti o linee quotati e georeferenziati secondo un
sistema di riferimento. In realtà la variabile tematica presente nel
database correlato ai punti e il valore della quota (Z).
Per realizzare il DTM si può utilizzare
• una maglia regolare per generare una matrice delle altezze (DEM)
Il DEM utilizza come base di sviluppo della struttura 3D una
maglia regolare di pixel sovrapposta al layer “topografico” in 2D,
in cui ogni pixel assume il valore medio delle quote delle isolinee
o dei punti ricoperti.
250
175
200
150
100
una maglia irregolare di triangoli equilateri (TIN)
Il TIN (Triangulated Irregular Network) segue delle tappe:
•Individuazione di punti e linee di quota nota
•Triangolazione tra di essi per ottenere triangoli quanto più piccoli ed equilateri
•Sollevamento dei triangoli nello spazio tridimensionale in funzione del valore
della quota assunto da ogni vertice.
Attualmente la tecnologia GIS si avvale del supporto di potenti software che oltre a
permettere la creazione e l’editazione di file di tipo (Informazione grafica - Data
base), ci permettono di fare delle analisi anche molto complesse per la risoluzione
di problemi del mondo reale .
•ArcView e ArcGis Desktop
•ARC Info
•Autocad Map
•Map Info
Un GIS è in grado di rispondere a domande quali:
•Cosa c’è in un dato luogo?
Es. Qual è l’estensione areale di una determinata attività antropica?
•Dove sono soddisfatte certe condizioni?
Es. Quanta della reale estensione di una cava ricade nei limiti definiti dalla concessione
• Come è cambiata una certa area nel tempo?
Es. Com’è variata la morfologia di una zona nel tempo e con quali variazioni
quantitative? Che modello spaziale esiste…?
• Confrontare la distribuzione dei fenomeni e capire i processi che rappresentano
la loro distribuzione.
Es. Estrazione del modello relativo alla distribuzione delle malattie che si pensano
per essere causate dall’esposizione a
•Cosa accade se…? Determinare cosa succede se interviene una certa azione
Es. Cosa accade se si aggiunge una strada alla rete dei trasporti o che impatto ambien
può avere l’ntroduzione in un area di una attività di estrazione.(Cave e miniere).
Come “fare domande” ad un GIS: Le Query e le funzioni
•Query è un termine inglese che significa “richiesta” dal verbo latino Quero
(domandare).
Le operazione di query si attuano attraverso una “grammatica” per convenzioni e
simboli e in un sistema GIS possono essere indirizzate sia agli oggetti grafici sia
direttamente ai database ad essi correlati.
La risposta che ci verrà fornita dal software che stiamo utilizzando ci individuerà a
schermo l’oggetto che stiamo cercando tra i tanti presenti in uno strato informativo
e tutti i dati ad esso legati mediante il registro relativo contenuto nel database.
•Le Funzioni sono operazionui che seguono una routine prestabilita e che
permettono di realizzare delle query particolari che “già sono compilate”.Le
operazioni o funzioni più comuni nel GIS sono:
• Overlay Topologico
• Buffering
• Clipping
• Segmentazione dinamica
• Analisi Spaziali
• Analisi di rete
Query molto semplice ad un livello
infornativo geologico(Geo.Shp):
Richiesta di individuare i calcari nella
nostra area.
(Litologia) = “Calcari”
Questa funzione ci permette di sovrapporre graficamente più livelli informativi e di
produrre alla fine un nuovo livello contenente le informazioni provenienti dai due
layer di origine.
Sovrapposizione grafica
Sovrapposizione intersezione dei dati
Il vero overlay topologico è quello dei database che si riuniscono in
uno solo e danno viata ad un nuovo livello “misto”.
E’ una funzione in grado di creare un'area di rispetto intorno agli elementi geografici che sono
presenti nel database. La possibilità di modulare questa operazione a seconda delle necessità
dell'operatore dà modo di risolvere, con pochi passaggi, problemi altrimenti difficilmente
risolvibili; ad esempio la capacità di effettuare buffering asimmetrici rispetto ai due lati di un
elemento lineare oppure di effettuare un buffering parametrizzato a seconda delle caratteristiche
dell'elemento.
Una volta creata la fascia di rispetto che sia intorno ad un punto, linea o poligono, il risultato è
sempre un livello informativo di tipo poligonale, che può essere utilizzato per successive
analisi.
Lo spostamento delle persone, il trasporto e la distribuzione di beni e servizi, la distribuzione
dell'energia, le comunicazioni: tutte queste attività prevedono lo spostamento di materia o di
informazioni mediante dei sistemi di reti, che sempre più costituiscono una delicata e vitale
infrastruttura del mondo di oggi.
Le funzioni più utilizzate per realizzare un analisi di rete a secondo degli scopi sono:
•Minimo percorso (Analisi di prossimità)
-Per individuare lungo una rete ,ad esempio stradale) qual è il percorso più breve o meno
dispendioso per raggiungere un punto partendo da un’ origine fissa.
•Allocazione delle risorse
-Per individuare se le risorse recuperabili lungo un percorso sono congruenti con la capacità di
ricezione di un centro destinato alla raccolta delle rsorse raccolte ( per reti idriche, discariche…)
•Connettività
-Le funzioni per la verifica della connettività servono ad identificare se e quali porzioni di una
rete sono connesse (individuazione di percorsi alternativi, idrologia…).
Un esempio di analisi di rete riguardante il minimo percorso e la connettività.
La funzione di analisi spaziale e quella che caratterizza im maniera univoca il GIS
e lo differenzia dagli altri sistemi di informazione e trattamento dei dati.
L’analisi spaziale può interessare due componenti:
a) Componente tematica
L’analisi spaziale della componente tematica utilizza metodi di correlazione
statistica.Essa analizza la possibilità di correlare tra di loro diversi elementi
tematici. Essa comprende tutte le operazioni possibili che possono realizzarsi
sovrapponendo tra di loro più strati informativi e ponendo in relazione i loro
database.
b) componente spaziale/geometrica
L’analisi spaziale della componente spaziale/geometrica si utilizza
prevalentemente per correlare tra di loro oggetti che possono essere associati
per la forma o per altre caratteristiche geometriche proprie.
In linea di massima una volta terminato il nostro lavoro sia esso di sola compilazione di un
sistema di livelli informativi sia esso di analisi i risultati potranno essere presentati secondo due
forme:
Digitale o Analogica
Possiamo fornire i nostri risultati all’utente finale insieme ad un visualizzatore dei dati capace
di attuare su di essi query specifiche per l’individuazione di determinati oggetti e delle loro
caratteristiche.La possibilità di dinamica interrelazione tra l’utente ed il prodotto finale
permette di variare le caratteristiche di visualizzazione delle informazioni geografiche in
tempi reali e brevissimi( Variazione della scala, visualizzazione di un livello informativo
secondo uno qualunque dei campi degli attributi e utilizzando una simbologia personalizzata)
E il classico formato dell’informazione geografica ovvero la cartografia su base cartacea,
non interrogabile e priva della possibilità di interazione. Queste formato necessita della
fornitura di tutta una serie di elementi di corredo che permettano la lettura e
l’interpretazione del prodotto( Es: Legenda, Scala, Coordinate , etc.)