6_cartografia numerica

Corso di Laurea Magistrale in
Ingegneria per l’Ambiente e il Territorio
A.A. 2014-2015
Telerilevamento e GIS
Prof. Ing. Giuseppe Mussumeci
Cartografia numerica
CARTOGRAFIA
RAPPRESENTAZIONE, SU UN PIANO, DELLA SUPERFICIE FISICA DELLA TERRA E DEGLI
ELEMENTI NATURALI E ARTIFICIALI SU DI ESSA PRESENTI.
Cartografia tradizionale
Cartografia numerica
CARATTERISTICHE E DIFFERENZE
CARTOGRAFIA TRADIZIONALE
SISTEMA FORMALE DI SIMBOLI GRAFICI E NUMERI CHE RAPPRESENTA IL
TERRITORIO SECONDO DUE CATEGORIE DI INFORMAZIONI
PLANIMETRIA
proiezione sul piano del disegno dei
particolari naturali e artificiali
ALTIMETRIA
distanza dei punti dal livello medio del mare
. 132.40
rappresentata mediante punti quotati e curve
di livello
CARTE TRADIZIONALI
Rappresentazione grafica di planimetria e altimetria su supporto
cartaceo
Documenti di archivio: elaborati grafici originali o copie degli stessi
(matrici per la stampa o altre tecniche di riproduzione)
Tipi di supporto:
- carta bianca (originali Catasto Italiano, 1930 ca.)
- pellicola per fotoincisione (IGM, Regioni 1972-1988 ca.)
- copie su poliestere o altri supporti sintetici trasparenti
- lastre di vetro (carta Svizzera 1:50.000)
Problemi di conservazione: possibilità di deterioramento o
distruzione del supporto (perdita di informazioni di notevole valore
anche economico)
Accuratezza metrica caratterizzata dall’ errore di graficismo convenzionale:
σG = 0,2 mm x n,
con 1:n = scala di rappresentazione
esempio: n = 5000 , σG = 0,2 mm · 5000 = 1000 mm = 1m
Altimetria rappresentata graficamente mediante curve di livello e/o punti
quotati (necessità di interpolazione grafico-numerica)
Deformazioni del supporto cartaceo, generalmente di dilatazione (lunghezza
sulla carta > lunghezza nominale), parzialmente compensabili determinando
una costante correttiva mediante controllo di distanze note (ad es. maglia
del reticolato chilometrico) uso del coordinatometro (carte IGM)
Determinazioni metriche non univoche, ma influenzate dall’operatore
(operazioni grafico-numeriche di stima e misura) e dalle condizioni del
supporto.
UNA CARTA SI BASA SU:
REQUISITI GENERALI
CONTENUTI
ASPETTI FORMALI
FUNZIONI BASE
REQUISITI GENERALI
VERIDICITA’
corrispondenza al vero delle informazioni
LEGGIBILITA’
univocità nell interpretazione, similitudine tra realtà e
disegno, elementi di autocertificazione (legenda,
scala, ecc.…
CONGRUENZA
nessuna informazione presente sulla carta deve
essere contraddetta da altre
CONTENUTI
ASPETTI FORMALI
- livello di dettaglio
- accuratezza
RAPPORTO DI SCALA
- equidistanza delle curve di livello
- regole sui segni convenzionali
FUNZIONI BASE
- permettere la conoscenza del territorio (puntuale e di sintesi…
- consentire processi logici e deduttivi
- essere supporto di base per classificazione, pianificazione, progetto,
gestione,
CARTOGRAFIA NUMERICA
La definizione è legata alla nascita della cartografia “vettoriale”,
nella quale ogni elemento cartografico viene rappresentato da “primitive
geometriche” (punto, linea, poligono) memorizzate con le rispettive
coordinate
“carta numerica”
L’archiviazione delle informazioni della carta è su supporto informatico;
il documento di archivio è costituito dai files della carta (file unico 3D o
files separati per planimetria e altimetria oltre all'eventuale file di
“vestizione”)
La scala risulta variabile nella consultazione a video per l’uso delle
funzioni di zoom.
Viene comunque definita una SCALA NOMINALE della carta con
riferimento all’accuratezza metrica e al contenuto informativo.
Le stampe vanno effettuate di norma alla scala nominale, per poterle
utilizzare come carte convenzionali cartacee coerenti riguardo al
rapporto tra scala e contenuto informativo.
ELEMENTI DISTINTIVI
della cartografia
numerica
CONTENUTO
ESPLICITO
IMPLICITO
Carta
tradizionale
DISEGNO
COORDINATE
Carta
numerica
COORDINATE
DISEGNO
Sicurezza di conservazione dei dati nel tempo
Univocità delle determinazioni di coordinate e quote (la lettura non è
influenzata dall’operatore né dalle condizioni del supporto)
Visualizzazione (anche a video) ed elaborazione dei contenuti della
carta (planimetria, altimetria, idrografia, edificato, ...) anche
separatamente, mediante l’uso di codici e layer (strati)
Impiego nei GIS per l'associazione di informazioni descrittive agli
elementi grafici riportati
Tipologie (formati) della cartografia numerica
Esistono due tipologie di cartografia numerica, ciascuna
contraddistinta da specifiche caratteristiche ed orientata a
precise finalità d'impiego:
Cartografie RASTER
(… e GRID)
Cartografie VETTORIALI
TECNICHE di produzione della cartografia numerica
DIRETTA, mediante fotogrammetria aerea o telerilevamento (dagli
anni 80).
Le riprese aeree o satellitari vengono elaborate mediante sistemi di
restituzione hardware-software che producono come output la carta
numerica, vettoriale o raster, memorizzata su supporto
informatico e visualizzabile a video.
INDIRETTA, mediante digitalizzazione delle carte tradizionali su carta
effettuata con scanner ( files raster) o digitizer ( files vettoriali)
Tutte le “vecchie” carte possono essere convertite in numeriche
(attenzione alla perdita di accuratezza e di informazioni!)
Cartografia raster
L’informazione geografica in formato RASTER
• La carta è costituita da una “matrice di celle”; la cella elementare viene
denominata pixel (picture element) ed è caratterizzata da uno specifico attributo,
espresso mediante un codice numerico binario (serie di bit) e al quale viene
associato uno specifico colore.
• Un raster viene descritto utilizzando il concetto di risoluzione:
- risoluzione geometrica: n° di celle/unità di superficie (dpi);
- risoluzione radiometrica: n° di bit con cui si esprime il contenuto
informativo di ciascun pixel (colore)
• E’ privo di layers e non esistono gli oggetti, intesi come entità autoconsistenti,
selezionabili, modificabili, collegabili a un DB, ...: questi ultimi possono essere
distinti esclusivamente mediante il contenuto radiometrico (attributo di colore).
• Un raster deve essere georeferenziato
• Formati più usuali: TIF, BMP, JPG, ….
georeferenziazione = posizionamento
spaziale degli elementi geografici, nel
sistema di riferimento cartografico
utilizzato
Struttura dati RASTER
(0,0)
Esempio di codifica
numerica ad 1 bit
H = numero di pixel in
direzione orizzontale
V = numero di pixel in
direzione verticale
R = risoluzione
radiometrica
(profondità di colore)
1 1
1
1
1
0
0
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
0
0
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
0
0
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
0
0
1
1
1
1
1
1
1
1
1
0
0
1
1
1
1
1
1
1
1
1
0
0
1
1
1
1
1
1
1
1
1
0
0
1
1
1
1
1
1
1
1
1
0
0
1
1
1
1
0
0
0
0
1
0
0
1
1
1
1
1
0
0
0
0
1
0
1
1
1
1
1
1
0
0
0
0
1
(H,V)
Ogni pixel è individuato:
- dalla posizione: n. riga, n. colonna
(nel sistema di riferimento immagine)
- da un valore ad esso associato
valore
0-1 (nero o bianco): immagini al tratto
1 bit
0-255 (scala di grigi): immagini monocromatiche 8 bit
0-255 (palette di colori):immagini a colori
8 bit
21 = 2 valori
28 = 256 valori
28 = 256 valori
(0-255) x 3 (colori R, G, B): immagini a colori
224= 16.777.216 valori
24 bit
Dimensioni fisiche dei file raster
La cartografia numerica raster, specialmente se ad alta
risoluzione e a elevata profondità di colore (risoluzione
geometrica), occupa grandi spazi di memoria
file di grandi dimensioni
Dimensione del file in byte:
H pixel Orizzontali
V pixel Vertcali
H x V x R/8
[B]
R profondità di colore (numero di bit)
Nota: 1kB = 210 B = 1024 B; 1MB = 10242 B = 1.048.576 byte
Esempio: 7480 x 5680 x 24bit 121 MB !!!
NECESSITA’ DI METODOLOGIE DI COMPRESSIONE
Algoritmi di compressione
Gli algoritmi di compressione si suddividono in due categorie:
algoritmi NON DISTRUTTIVI (lossless):
- non causano perdita di informazioni
rimangono inalterati;
i contenuti delle immagini
- efficienza della compressione relativamente bassa (riduzione di
occupazione di memoria minore del 50%);
algoritmi DISTRUTTIVI (lossy):
- causano un degrado irreversibile basato su processi di
“semplificazione” dell’immagine (abbassamento della risoluzione o
“appiattimento” delle tonalità di colore)
- effetti non sempre percepibili dall’occhio umano;
- efficienza di compressione molto elevata (dal 50 al 99%).
Formati compressi più diffusi
Con compressione lossless:
– BMP (Windows Bitmap)
– TIFF (Tagged Image File Format)
– GIF (Graphics Interchange Format)
– PNG (Portable Network Graphics)
– TGA (schede grafiche Targa)
Con compressione lossy:
– JPEG (Joint Photographic Expert Group)
Tecniche di compressione NON DISTRUTTIVE
RLE (Run Lenght Encoding): compressione "senza perdita"
supportata da formati molto diffusi, quali TIFF, BMP, Photoshop.
CCITT (Comitato Consultivo per la Telefonia e la
Telegrafia Internazionali): compressione "senza perdita",
applicabile solo a immagini in bianco e nero, supportata, ad
esempio, dal formato PDF.
LZW (Lemple-Zif-Welch): compressione supportata dai
formati di file TIFF, PDF, GIF ed in linguaggio PostScript,
utilizzata in particolare per immagini con ampie aree
monocromatiche.
ZIP: compressione supportata dal formato PDF, utilizzata
soprattutto per immagini con ampie aree monocromatiche.
Compressione RLE
RLE è l'acronimo di Run Lenght Encoding (codifica della lunghezza delle
sequenza) e indica un algoritmo lossless molto semplice
Serie di pixel dello stesso colore vengono codificate attraverso la
lunghezza della serie (n. di pixel) e il colore
R R R R R R BRR R VVBB B B
compressione
6R B 3R 2V 4B
La compressione è molto efficace se l'immagine contiene ampie zone di
colore uniforme.
Compressione LZW
Lemple e Zif presentarono la prima versione nel 1977 (LZ77).
Nel 1984, Welch perfezionò l'algoritmo nella versione nota come LZW.
Il metodo si basa sull'osservazione che la quantità di memoria
necessaria per archiviare una stringa è proporzionale al numero
di simboli (codici) di cui è composta.
R R B R R R BRR R VVBB R V
Si può comprimere una stringa impiegando un numero inferiore
di simboli per esprimere la stessa informazione
Compressione LZW
Senza compressione verrebbe
memorizzata la sequenza di
16 simboli (o codici):
RRBRRRBRRRVVBBRV
Nella sequenza si possono riconoscere parti che si ripetono (sottostringhe) e che possono essere indicate con nuovi simboli (o codici).
RB → α
RR → β
RV → γ
La stringa potrà essere memorizzata, ad esempio, come la seguente
sequenza di 10 simboli:
RαβαβγVBBγ
Formato BitMAP (BMP)
E’ un formato universalmente riconosciuto, in quanto standard per la
memorizzazione delle immagini, sotto forma di matrici di bit, a partire dalle prime
versioni di Microsoft Windows
Informazioni memorizzate:
- numero di pixel in ogni riga e numero di righe della matrice
(dimensione matrice);
- numero di bit per pixel
valori numerici disponibili per caratterizzare
l'informazione associata al pixel (risoluzione radiometrica);
- tabella dei colori, che consente di associare i valori numerici della
bitmap a colori specifici.
Un file bitmap può contenere immagini a 1, 4, 8, 15, 24, 32 o 64 bit per
pixel, in formato compresso o non compresso.
La compressione si basa in genere su
algoritmi non distruttivi RLE.
riduzione modesta
delle dimensioni
tabella dei colori
bitmap
immagine
1
2
3
4
5
6
.
.
.
.
.
Nell'esempio si è ipotizzato che ogni pixel sia rappresentato da un numero
a 4 bit
la tabella dei colori deve fornire 2^4 = 16 colori
Formato TIFF (Tag Image File Format )
Non è dotato di algoritmi di compressione propri, ma supporta l’algoritmo
NON DISTRUTTIVO LZW
si ottengono file di grandi dimensioni, ma più
piccoli rispetto ai BMP
7480 x 5680 x 24 Bit = 121 MB (non compresso)
7480 x 5680 x 24 Bit = 113 MB (con LZW)
La flessibilità, l’affidabilità, gli elevati livelli di compatibilità, l’alta qualità a
video e in stampa hanno reso il formato TIFF quasi uno standard di
riferimento per la cartografia raster
Formato GIF (Graphics Interchange Format )
Supporta esclusivamente 8 bit di profondità di colore (256 colori o 256
toni di grigio)
Creato da CompuServe, uno dei primi operatori di servizi commerciali
online (oggi server provider), per trasmettere velocemente in rete le
immagini
La compressione è basata su algoritmo LZW (non distruttivo) e
consente anche di salvare le immagini in un formato interlacciato, che
produce una visualizzazione graduale dell'immagine man mano che i
dati arrivano al browser. Ad ogni passo si infittiscono le linee di pixel
che formano l'immagine e appare un'immagine via via più completa e
nitida (possibilità di disporre di un'anteprima dell'immagine mentre la si
scarica dal browser).
Va molto bene per immagini “al tratto”, sia in bianco e nero che a
colori, meno bene per fotografie e immagini sfumate
7480 x 5680 x 8 bit
30,6 MB (con LZW)
Compressioni DISTRUTTIVE: JPEG
Alcune informazioni memorizzate in un file immagine sono ridondanti o addirittura
inutili ai fini della percezione sensoriale.
La vista dell'uomo, infatti, ha molti limiti e spesso non riesce a percepire tutte le
informazioni disponibili.
In particolare, l'occhio umano ha recettori di luminanza (bianco e nero)
molto più sensibili rispetto a quelli di crominanza (colore) ed è grazie alla
luminanza dell'immagine che l'occhio ne percepisce il livello di dettaglio.
E’ dunque possibile, nella memorizzazione di immagini o suoni, eliminare alcune
informazioni senza compromettere per questo la qualità percepita.
Da questa idea è nato, nel 1991, l’algoritmo JPEG (Joint Photographic Experts
Group), che interviene separatamente e con diverso “peso” sulle due componenti
dell'immagine (luminosità e colore) e applica algoritmi differenti, che modificano
poco la luminosità originaria ma intervengono drasticamente sul colore,
ottenendo buoni risultati in termini di compressione senza che la percezione visiva
venga sostanzialmente compromessa.
Garantisce compressioni molto spinte, per cui è diventato quasi
uno standard per le applicazioni in cui non siano necessari dettagli
particolari (fotografia digitale amatoriale, internet).
JPEG è molto efficace su immagini con campiture sfumate
(fotografie, incarnati, paesaggi), meno su immagini al tratto
(cartografie), dove le linee più sottili vengono alterate.
E' possibile configurare il livello di compressione desiderato (ed il
relativo decadimento della qualità):
7480 x 5680 x 24 Bit = 57,4 MB (con JPEG12)
7480 x 5680 x 24 Bit = 6,2 MB (con JPEG7)
7480 x 5680 x 24 Bit = 1,9 MB (con JPEG0)
ATTENZIONE: la compressione JPEG degrada in modo permanente la qualità
dell'immagine salvare il formato originario!
Altri formati specifici per cartografia
I formati sinora trattati non vengono utilizzati solo per
applicazioni cartografiche ma per qualsiasi altro tipo di
immagine.
Esistono altri formati di compressione basati su
algoritmi ottimizzati, in particolare, per il trattamento di
linee sottili e punti isolati, in modo da garantire elevata
qualità quando si opera sui dati raster cartografici.
Formato MrSID
(Multiresolution Seamless Image Database)
Sviluppato e commercializzato da
LizardTech, ed oggi supportato
nativamente dalla maggior parte dei Software, fornisce elevati livelli di
compressione (10-15:1) ed elevati livelli qualitativi.
La decodifica dell’immagine compressa è di tipo selettivo: non viene
visualizzato l’intero file, ma esclusivamente la zona d’interesse selezionata.
Formato ECW (Enhanced Compressed Wavelet)
Sviluppato e commercializzato da ER Mapper, è supportato dalla
maggior parte dei Software attraverso specifici plug-in forniti
gratuitamente dall'Azienda Planetek (www.planetek.it).
Garantisce elevati livelli di compressione (mediamente 10-15:1) e qualità.
compressione wavelet
Una traformata wavelet discreta (DWT, discrete wavelet transform)
corrisponde a un banco di filtri digitali.
L'algoritmo di compressione è alla base anche dello standard JPEG2000,
successore del formato JPEG.
Nella prima fase l'immagine originale viene separata nei vari canali di colore
(bande cromatiche).
Segue la suddivisione dell'immagine, per ciascuna banda cromatica, in livelli
gerarchici (blocchi rettangolari non sovrapposti e successivamente richiamabili
indipendentemente).
N
L'immagine viene filtrata, in genere
separatamente per righe e colonne, e
sottocampionata.
Il ricampionamento porta, da una matrice
(NxM), a quattro matrici delle dimensioni di
(N/2 x M/2), che corrispondono alle quattro
combinazioni di filtraggio (passa alto e
passa basso) delle righe e delle colonne;
ognuna delle immagini può a sua volta
essere filtrata e sottocampionata fino al
livello desiderato di (multi)risoluzione.
M
Efficienza della compressione
Formato
Compressione
mByte
BMP
-
121
TIFF
-
121
TIFF
LZW
113
TIFF
ZIP
92.4
GIF
LZW
30.6
JPEG
Livello 12 (min)
57.4
JPEG
Livello 9
13.5
JPEG
Livello 7
6.21
JPEG
Livello 4
3.89
JPEG
Livello 0 (max)
1.90
ECW
Wavelet
11.3
FILE DI GEOREFERENZIAZIONE (World File)
I formati raster cartografici (GeoTIFF, ERDAS, ...) contengono nello header
del file i dati di georeferenziazione: parametri che permettono di passare
dal sistema di riferimento immagine, dove X = n. colonna e Y = n. riga, al
sistema cartografico (E, N).
World File
E’ un piccolo file testuale in formato ASCII
con estensione composta dal primo e
dall’ultimo carattere dell’estensione del file
immagine seguiti da w.
*.tif
*.bmp
…........
*.tfw
*.bpw
Il world file può essere creato attraverso l'inserimento manuale dei parametri
di georeferenziazione (ove disponibili) o mediante l'attivazione di procedure
automatiche basate sull’inserimento di Ground Control Points (GCP).
FILE DI GEOREFERENZIAZIONE (World File)
Esempio di file di georeferenziazione (“world file”)
0.600
0.000
0.000
- 0.600
2152860.000
4239640.000
dimensione pixel (a terra) in direzione E [m]
rotazione delle righe
rotazione delle colonne
dimensione pixel in direzione N [m]
coordinata E del pixel (1,1) [m
coordinata N del pixel (1,1) [m]
I parametri di georeferenziazione possono essere
ricavati mediante trasformazione affine
N
X
E = aX + bY + c
N = dX + eY + f
Origine del sistema di riferimento interno (X,Y)
al centro del pixel in alto a sinistra
Y
E
segno “meno” al quarto rigo !
Estensioni e formati file
Worl file
.BMP: estensione del file raster in formato Windows Bitmap. Il file è binario.
.BPW
.TIF: estensione del formato TIFF
.TFW
.GIF: estensione del file raster in formato GIF. Il file è binario.
.GFW
.JPG: estensione del file raster in formato JPEG. Il file è binario.
.JGW
.BIL: estensione del file raster in formato Band Interleaved by Line.
.HDR
.BIP: estensione del file raster in formato Band Interleaved by Pixel.
.HDR.
.BSQ: estensione del file raster in formato Band Sequential. Il file è binario.
.HDR
.PNG: estensione del file raster in formato PNG. Il file è binario.
.PGW
ESEMPI DI IMMAGINI RASTER
Fotografia aerea della zona ovest di Londra
The Pyramids at Giza,
Egypt (29.88N 35.2E), form
a substantial complex
situated close to the Nile on
the edge of the Western
Desert.
Built between c. 2500 and
2000BC, the three main
pyramids and associated
complexes of subsidiary
pyramids, temples and
bench-like 'mastaba' tombs
can be readily seen on a
Russian KVR-1000 satellite
image of the area.
Classificazione
multitemporale
da immagini
NOAA 11AVHRR
(Gomarasca, 1997)
Cartografia vettoriale
CA RTO G RA F IA V E TTO RIA LE
OGGETTO (reale… ENTITÀ (cartografica… PRIMITIVA GEOMETRICA
Entità
puntuale: oggetto rappresentabile senza dimensioni (albero, pozzo, ..) in data posizione
Entità
lineare: oggetto rappresentabile in una dimensione (muro, siepe, elettrodotto, ..)
Entità
areale: oggetto al quale è associato il concetto di area (edificio, piazza, lago, …)
Un entità è descritta da un codice e da una primitiva geometrica.
ENTITA’
puntuale
lineare
areale
punto
PRIMITIVE GEOMETRICHE
spezzata aperta
spezzata chiusa
Infine:
entità di tipo testo: riguardano la toponomastica e le descrizioni di entità
REPERTORIO DELLE ENTITÀ:
ENTITÀ insieme degli elementi territoriali (naturali e
artificiali… presenti nella cartografia
STRUTTURAZIONE DEI DATI
LE ENTITA' GEOMETRICHE
CON LE QUALI RAPPRESENTARE
GLI ELEMENTI NATURALI E
ARTIFICIALI DEL TERRITORIO
DEVONO ESSERE TRADOTTE
IN FORMA NUMERICA PER
ESSERE ELABORABILI AL
COMPUTER.
SCHEMATIZZAZIONE GEOMETRICA
DELL'OGGETTO ENTITA' GEOMETRICA
COORDINATE DEI VERTICI CHE DESCRIVONO
L’ENTITA'
SISTEMA DI CODIFICA CHE CONSENTE DI
QUALIFICARE L’OGGETTO
ESEMPI
4
3
1
CASA:
descritta mediante le COORDINATE dei
vertici del poligono che la descrive e un
CODICE identificativo dell oggetto-casa.
2
7
STRADA:
6
3
2
1
5
4
descritta mediante le COORDINATE dei
vertici della poligonale che la discretizza e
un CODICE identificativo dell’oggetto-strada.
È possibile associare la quota a tutti i particolari cartografati
Nella cartografia tradizionale
il contenuto planimetrico e altimetrico
sono dissociati
CASA; E1,N1,Q1; E2,N2,Q2; E3,N3,Q3; E4,N4, Q4
STRADA; E1,N1,Q1; ……; EN,NN,QN
L’informazione geografica in formato VETTORIALE
E’ nativamente georeferenziata nel sistema di riferimento
adottato
Le entità sono sempre riconducibili a primitive geometriche,
ciascuna indipendente dall’altra e dotata di una serie di
caratteristiche intrinseche (coordinate di riferimento, dimensioni
metriche, attributi…), che ne consentono la selezione e la
modifica.
L'informazione è suddivisa per layers tematici, ciascuno
contenente entità geografiche di tipo omogeneo: case, strade,
fiumi, ecc..
Si presta bene alla creazione di relazioni tra le entità ed i record
descrittivi di un qualsiasi DataBase
Formati: DWG, DXF, DGN, …
STRUTTURA DEI DATI
COORDINATE E CODICI VANNO TRADOTTI IN DATI DA MEMORIZZARE ED ELABORABILI AL
COMPUTER
strutturazione del FILE in record e relativi campi
STRUTTURA A RECORD DI LUNGHEZZA VARIABILE
CASA
E1 N1
Q1 E2 N2 Q2 E3
STRADA
E1 N1
Q1 ..
P.Q.
E1 N1
Q1
N3
Q3 E4
N4 Q
4
...
...
...
EN
NN
QN
Poco efficace per ricerca, selezione e aggiornamento dei dati
SAREBBE IDEALE UNA STRUTTURA A RECORD DI LUNGHEZZA COSTANTE MA…
.. SENZA CAMPI VUOTI !
STRUTTURA GEOMETRICA
I dati sono strutturati in due file:
FILE DESCRITTIVO: ciascuna entità viene descritta da un RECORD organizzato
in più campi
1
2
3
4
P
1: numero sequenziale; 2: codice ; 3: numero vertici dell entità ; 4: colore o penna;
.. altri campi;
P: puntatore
FILE COORDINATE:
a ciascun punto viene riservato un RECORD organizzato in 4 campi
1
2
3
4
1: codice punto; 2:
E;
3:
N;
4:
Q
In questo modo è possibile gestire entità a
dimensioni variabili mediante file a record di
lunghezza costante
ESEMPIO DI STRUTTURA GEOMETRICA
File coordinate
File descrittivo
n.°
codice
n.°
seq.le alfanum. vertici
1
2
CASA
STRADA
3
CASA
5
n
tratto
-
colore ? ?
-
- -
punt.
1
6
6+n
codice
1
2
3
4
5
6
7
E
E1
E2
E3
E4
E5=E1
E6
E7
N
N1
N2
N3
N4
E5=N1
N6
N7
Q
Q1
Q2
Q3
Q4
Q5=Q1
Q6
Q7
6+(n-1)
6+n
En
Nn
Qn
-
-
-
-
VANTAGGI DELLA STRUTTURA GEOMETRICA:
DATI COMPATTI E FACILMENTE GESTIBILI
4
2
1
3
B
A
1
4 3
2
Vert
- - punt.
.
n.°
Cod.
1
2
CASA A
CASAB
5
5
3
CASA C
N
- -
1
6
6+N
codice
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
E
E1
E2
E3
E4
E5=E1
E1
E2
E3
E4
E5=E1
N
N1
N2
N3
N4
E5=N1
N1
N2
N3
N4
E5=N1
Q
Q1
Q2
Q3
Q4
Q5=Q1
Q1
Q2
Q3
Q4
Q5=Q1
6+n
-
-
-
-
4
1
(E1, N1, Q1… (E5, N5, Q5…
(E1, N1, Q1… (E5, N5, Q5…
ATTENZIONE
La restituzione viene generalmente effettuata per oggetti;
quando si restituiscono oggetti vicini si possono generare
discrepanze e incongruenze geometriche.
2
3
B
A
1
4 3
2
STRUTTURA TOPOLOGICA
ELIMINA RIDONDANZE DI DATI E INCONGRUENZE
L3
B
A
NELLA STRUTTURA GEOMETRICA
UNA SPEZZATA DESCRIVE
COMPIUTAMENTE UN OGGETTO.
L1
L2
CON LA STRUTTURA TOPOLOGICA
PER DESCRIVERE UN OGGETTO
OCCORRONO PIÙ SPEZZATE
STRUTTURA TOPOLOGICA
1
File OGGETTI
L3
A
B
L2
L1
ID
Cod.
n. archi
ID Archi
A
B
-
CASA
CASA
-
2
2
-
L1, L2
L2, L3
-
-
-
-
-
2
File ARCHI
File NODI
ID
1
2
3
4
-
E
E1
E2
E3
E4
-
N
N1
N2
N3
N4
-
Q
Q1
Q2
Q3
Q4
-
ID
L1
L2
L3
Ni (ID)
2
1
1
Nf (ID)
1
2
2
-
-
-
n.Punti
2
6
3
Punt.
1
3
9
File PUNTI
n. ordine
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
E
E1
E2
E3
E4
E5
E6
E7
E8
E9
E10
E11
N
N1
N2
N3
N4
E5
N6
N7
N8
N9
N10
N11
Q
Q1
Q2
Q3
Q4
Q5
Q6
Q7
Q8
Q9
Q10
Q11
-
-
-
-
-
FORMATI VETTORIALI più diffusi
.DWG: estensione dei file grafici di AutoCad™, formato binario.
.DXF:
estensione dei file grafici di AutoCad™; standard per lo scambio
di file in formato vettoriale (Drawing eXchange Format); formato
ASCII
.NTF:
estensione dei file catastali (mappe digitalizzate, formato binario)
.TSF:
estensione di un file vettoriale TSF Gheo contenente archi, punti, poligoni,
annotazioni e quotature.
.VET/CXY: estensione di un file vettoriale AIMA contenente archi e punti; i punti hanno i
campi degli attributi già predefiniti (PART, SUB)
ESEMPI DI CARTE TOPOGRAFICHE
VETTORIALI
Confronto tra struttura raster e vector
In alto a sinistra
Cartografia VETTORIALE e relazioni informative
Gestendo una cartografia numerica
vettoriale in un GIS (Geographic
Information System) è molto semplice
stabilire una relazione biunivoca tra
gli oggetti di un layer ed uno specifico
DataBase
E’ possibile predisporre strutture
dati più complesse per gestire
qualsiasi problematica inerente il
territorio
FORMATI VETTORIALI utilizzati in ambiente GIS
Formato shape (o shapefile) di ArcViewTM
Introdotto da ESRI è oggi lo standard per lo scambio di dati vettoriali in ambiente GIS
.shp: estensione del file delle coordinate (di punti, archi e poligoni)
.shx: estensione del file degli indici delle geometrie (punti, archi e poligoni)
.dbf: estensione generica dei file di archivio in formato DBASE, utilizzato per la memorizzazione
degli attributi di archi, punti e poligoni
.prj: estensione del file che contiene le informazioni sul sistema di coordinate
.shp.xml: metadato dello shapefile;
Formato ArcInfo™
.lim: estensione del file degli archi in formato UNGENERATE
.pts: estensione del file dei punti
.pol: estensione del file dei poligoni
.e00: estensione del file di export
Formato MapInfo™
.mif/mid: estensioni dei file di export di MapInfo™. Le classi di oggetti archi, punti, poligoni ed
annotazioni vengono salvati in file separati.
Il formato GRID
Concettualmente simile al formato RASTER, in quanto costituito da una
matrice di celle (generalmente di dimensioni maggiori), viene utilizzato
per descrivere tematicamente le caratteristiche territoriali (uso del
suolo, geologia, densità edilizia, ...) e i fenomeni a riferimento spaziale
(diffusione di inquinanti, inondazioni, distribuzione demografica, …)
Il valore associato alla cella è il dato tematico che caratterizza le
proprietà medie della porzione di territorio compresa nella cella.
Spesso utilizzato per la definizione di Modelli Digitali del Terreno (DTM,
DEM, da cui è possibile ricavare anche TIN).
Assolutamente indispensabile per l'applicazione, in ambiente GIS, di
modelli di simulazione di fenomeni ambientali ad evoluzione spaziotemporale (eventi sismici, diffusioni di inquinanti, esondazioni,
propagazione di incendi boschivi, ecc..)
Modelli digitali del terreno
Il dato tematico è la quota media dell'area compresa nella generica cella.
DTM
(Digital Terrain Model)
DEM
(Digital Elevation Model)
DSM
(Digital Surface Model)
75
78
1
1
1
0
0
1
1
1
1
1
76
77
1
1
1
0
0
1
1
1
1
1
74
1
1
1
1
0
0
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
0
0
1
1
1
1
1
1
1
1
1
0
0
1
1
1
1
1
1
1
1
1
0
0
1
1
1
1
1
1
1
1
1
0
0
1
1
1
1
1
1
1
1
1
0
0
1
1
1
1
0
0
0
0
1
0
0
1
1
1
1
1
0
0
0
0
1
0
1
1
1
1
1
1
0
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
DTM Regione Sicilia 40m (Provincia di Catania)
DTM Regione Sicilia 40m (particolare)
Carta delle pendenze
Il modello TIN - Triangulated Irregular Network
E’ un modello di rappresentazione dell'altimetria del terreno a
partire da un insieme di punti quotati, che possono essere rilevati
in campo o estratti da un DTM.
I punti vengono tra loro collegati in modo da formare una rete a
maglie triangolari irregolari e di dimensione variabile.
La triangolazione viene effettuata secondo un algoritmo che pone
determinate condizioni e che conferisce al modello precise
caratteristiche.
La triangolazione di Delaunay è il metodo generalmente utilizzato in
campo topografico per connettere un insieme arbitrario di punti mediante
SI
una triangolazione.
SI
NO
Proprietà:
la circonferenza che circoscrive il generico
triangolo di Delaunay non contiene nessun
altro punto dell'insieme dato;
la triangolazione di Delaunay massimizza il minimo angolo interno dei
triangoli
α
β
α>β
Delaunay
NON Delaunay
TIN - Triangulated Irregular Network
TIN - Triangulated Irregular Network
Caratteristiche del modello TIN
La risoluzione variabile (con la dimensione dei triangoli)
consente di ottimizzare l’acquisizione e la distribuzione delle
misure (maggiore densità nelle zone in cui i valori dell’attributo
variano più rapidamente
adatto a modellare il territorio nelle
zone montuose) ridotta ridondanza di dati.
Si presta ottimamente ad essere utilizzato per le
rappresentazioni e per le analisi 3D (sezioni e profili,
calcolo aree e volumi).