SIT (SISTEMI INFORMATIVI TERRITORIALI) O GIS (GEOGRAPHICAL INFORMATION SYSTEM) Sistema informativo Un sistema informativo è un insieme di: • risorse i umane • strumenti di elaborazione, scambio, acquisizione di informazioni,, • regole e procedure per il loro trattamento. Definizione: insieme delle apparecchiature, del software, delle applicazioni e delle persone che hanno il compito di acquisire, organizzare, elaborare e restituire i dati riguardanti un’organizzazione, al fine di mettere a disposizione dei responsabili p delle decisioni operative p tutte le informazioni necessarie per effettuare le migliori scelte possibili. Sistema informativo territoriale • SISTEMA Insieme di parti che interagiscono tra loro • INFORMATIVO (dati) Produce informazioni • TERRITORIALE Fa riferimento al t it i (georeferenziati territorio ( f i ti o georeferenziabili) f i bili) Sistema informativo territoriale • Un nuovo strumento per la gestione e l’analisi dei dati geografici • Un insieme complesso di componenti hardware, software, umane ed intellettive per acquisire, processare, analizzare, immagazzinare e restituire in forma grafica dati riferiti ad un territorio Cosa è un GIS I GIS vanno considerati come un insieme organizzato di: • procedure • risorse i umane • risorse materiali utilizzate per • la raccolta • l’archiviazione • ll’elaborazione elaborazione • la comunicazione di INFORMAZIONI Georeferenziazione INFORMAZIONE che hanno un riferimento nello spazio (si posizionano nello spazio secondo un sistema di riferimento) GEOREFERENZIAZIONE processo attraverso il quale un oggetto viene posizionato su una carta secondo un sistema di coordinate di Sistema informativo territoriale • Un Sistema Informativo Geografico è un sistema basato sulle tecnologie informatiche usato per acquisire, immagazinare, controllare, manipolare, analizzare e visualizzare informazioni che sono riferite alla Terra” . • Da un punto di vista tecnologico, un GIS va visto come un sistema integrato di hardware e software, che permette di automatizzare le operazioni p di acquisizione q e di archiviazione dei dati,, secondo un modello concettuale e fisico che consenta di giungere alla rappresentazione degli oggetti del mondo reale. • Da un punto di vista informatico, un GIS va visto come uno strumento che consente da un lato di gestire tutte le informazioni raccolte e georiferite, dall'altro, attraverso procedure di elaborazione l b i e metodi t di di analisi, li i di ricavare i nuove informazioni, i f i i all fine di fornire un supporto ai processi decisionali, che riguardano scelte operative sulla gestione del territorio stesso. Componenti di un GIS Hardware • Computers p • Networks • Periferiche grafiche S ft Software • GIS Software • Database Software • OS Software • Network Software D ti Dati • Dati Vettoriali • Dati Raster • Immagini • Dati di Attributo Persone • Amministratori • Managers • Tecnici GIS • Esperti E ti applicativi li ti i • Utilizzatori • Fruitori Regole • Linee guida • Specifiche p • Standard • Procedure Persone Software GIS Dati Procedure Hardware Software per la gestione di dati territoriali Può essere chiamato “Software GIS” e distingue un SIT/GIS da un sistema informativo generico Software GIS: ESRI (ArcGIS) (ArcGIS), GRASS Software per la gestione del database E’ un software che raccoglie al proprio interno i dati e che attraverso appositi pp moduli di collegamento permette al software SIT/GIS di accedervi • RDBMS Operazioni supportate da un DBMS Nei GIS le seguenti attività possono essere eseguite con o senza il supporto di un DBMS: • Input e memorizzazione dei dati; • retrieval e analisi; • visualizzazione e selezione. Nei DBMS basati sul modello relazionale, • ogni tema è una na relazione ela ione (tabella) e • ogni oggetto geografico è una tupla (riga) • Sono necessarie più relazioni per rappresentare la componente spaziale (attributo geo ) Separazione della gestione di dati: • alfanumerici lf i i (attributi ( ib i descrittivi) d i i i) mediante di un DBMS relazionale • dati spaziali (componente geometrica) mediante un modulo specifico Procedure applicative Vengono sviluppate all’interno del software GIS o all’esterno, usufruendo di apposite funzioni, attraverso l’uso di linguaggi di programmazione, per l’acquisizione dei dati e la relativa restituzione, per la gestione e l’aggiornamento degli archivi Banca dati Costituisce la struttura logica che contiene le informazioni appositamente studiate per le applicazioni previste Componente umana E’ costituita dai componenti dell’organico tecnico per la gestione del sistema, sistema dagli utilizzatori diretti, dagli utenti indiretti, dai decisori Modello dei dati • È un insieme di costrutti che descrivono e rappresentano particolari aspetti del mondo reale in un computer • Possiamo distinguere tre diversi modelli dei dati che rappresentano tre diversi livelli di astrazione: - Modello concettuale - Modello logico - Modello fisico Modello concettuale, logico e fisico • Modello concettuale: descrive una selezione di oggetti e di processi caratterizzanti un particolare problema g descrive le entità e le relazioni • Modello logico: definite nel modello concettuale in modo orientato all’implementazione del sistema ed è espresso in forma di diagrammi e liste • Modello fisico: descrive in dettaglio i file, gli archivi e le tabelle e definisce le relazioni tra le tabelle I GIS utilizzano: Diversi fonti di dati Carte Immagini Mappe Dati Digitali Diversi formati di dati GPS DATABASE GEOGRAFICO Dati Testuali Tabelle Report I dati I dati geografici costruiscono il nostro modello della realtà. Essi si distinguono in: • Dati spaziali (componente grafica) - Raster - Vettoriali • Dati attributo (componente tematica) - Alfanumerici Le strutture di dati geografici Il GIS è in grado di gestire in modo perfettamente integrato dati di tipo: • Raster • Vettoriali • Alfanumerici Alfan me ici elementi grafici tabelle di dati Le strutture di dati geografici Un GIS è infatti in grado di collegare dati spaziali (Raster o vettoriali) a delle informazioni contenute in un DataBase, che caratterizzano gli oggetti rappresentati (Componente tematica del GIS) Le strutture di dati geografici Dati vettoriali • La struttura vettoriale individua gli elementi del territorio rappresentandoli fisicamente come: - punti (pozzi, pali, alberi) - linee (curve di livello, fiumi, strade) - poligoni (laghi, edifici, città) • I dati vettoriali sono dati g geometrici memorizzati attraverso le coordinate x, y dei punti e linee che li compongono • La struttura vettoriale è funzionale alla descrizione di elementi conclusi (con propria dimensione e spazio geografico), ma meno pratico per descrivere informazioni che variano continuamente come la morfologia del suolo o i costi di accessibilità di un ospedale Immagine vettoriale Dati raster • La struttura raster organizza i dati in una matrice di celle (quadrate, esagonali o triangolari) rappresentanti ciascuna uno specifico valore • I valori associati ad ogni cella possono esprimere sia informazioni di tipo grafico (colore tono di grigio, (colore, grigio ecc), ecc) sia di tipo descrittivo (temperatura, pendenza, ecc). • La struttura raster è utile per rappresentare elementi continui • Shapes files Immagine raster Dati vettoriali e dati raster • Nel modello dei dati di un GIS, i dati vettoriali e i dati raster coesistono e si integrano a vicenda • I dati vettoriali sono usati p per dati discreti ((es. rete viaria derivata dalla cartografia) • I dati raster sono usati per dati continui (es. umidità al suolo derivata da immagini da satellite) • Entrambi i tipi di dati possono essere associati ad attributi: i dati vettoriali saranno legati alle primitive grafiche e agli oggetti, i dati raster ai singoli pixel Integrazione dati vettoriali e dati raster Funzionalità di un GIS/SIT Acquisizione dati • Attività che prevedono la raccolta, la predisposizione e ll’acquisizione acquisizione di informazioni geografiche • Il dato può essere acquisito in diversi modi: - da banche dati già esistenti - da rilievi in campagna - da cartografia già esistente - da rilievi aerei - da d iimmagini i i telerilevate l il da d satellite lli Pre-elaborazione Attività che prepara il software GIS all’elaborazione all elaborazione vera e propria e che consiste nella conversione dei formati, nella ricerca e correzione degli g errori e nelle trasformazioni Gestione di banche dati • Attività che prevede il controllo di tutte le operazioni di accesso, aggiornamento, estrazione e inserimento dei dati • Esistono differenti schemi di DBMS, ma nei GIS lo schema generalmente più utilizzato e diffuso è quello relazionale. Nello q schema relazionale i dati sono concettualmente memorizzati come una collezione di tabelle tabelle. Alcuni campi comuni fra le differenti tabelle sono utilizzati come chiave di relazione. Analisi spaziale • E’ la funzione più importante di un GIS, quella che lo caratterizza in maniera univoca e lo differenzia dagli altri sistemi di informazione e trattamento dei dati • Le principali funzioni di analisi spaziale sono: • • • • • Query, selezioni Q l i i spaziali, i li riclassificazioni i l ifi i i ed d aggregazioni i i Sovrapposizioni ed integrazioni (overlay mapping) Generazione di aree di rispetto (buffer) Analisi di rete Analisi geostatistica Query • Le operazioni di query si attuano attraverso una “grammatica” grammatica per convenzioni e simboli e in un sistema GIS possono essere indirizzate sia agli oggetti grafici sia direttamente ai d t b database ad d essii correlati. l ti Esempio: quale comune ha più di 10.000 abitanti? • La risposta che ci verrà fornita dal software che stiamo utilizzando ci individuerà a schermo ll’oggetto oggetto che stiamo cercando tra i tanti presenti in uno strato informativo e tutti i dati ad esso legati mediante il registro relativo contenuto t t nell database. d t b Query Definizioni: • • • • GIS liberi (free) GIS a codice aperto (open source) GIS proprietari GIS commerciali Definizioni: L espressione "software L'espressione software libero libero" o “free free software software” si riferisce alla libertà dell'utente di eseguire, copiare, distribuire, studiare, cambiare e migliorare il software. Nel 1998 nasce il software “open source” o a “codice aperto . aperto” Per il movimento Open Source, il fatto che il software debba p o meno è un p problema p pratico,, non essere a codice aperto un problema etico. Quindi Q i di i due d movimenti i i (del (d l software f lib libero e del d l software f open source) sono in disaccordo sui principi di base, ma sono più o meno d d'accordo accordo sugli aspetti pratici. L’opposto del software libero è il “software proprietario” (per questi software l’utilizzo, la ridistribuzione o modifica sono proibiti o sono sottoposti a vincoli e permessi). Il “software commerciale” è software sviluppato allo scopo di guadagnare dal suo uso. La maggior parte del software commerciale è proprietario ma c c'è è software libero commerciale, e c'è software non commerciale non libero. OSGeo: (Open Source Geospatial Foundation) Sito web: http://www.osgeo.org/ La Open Source Geospatial Foundation è stata creata per produrre e supportare il miglior software open source per la geomatica. LL'obiettivo obiettivo della fondazione è quello di incoraggiare ll'uso uso e lo sviluppo collaborativo dei progetti che fanno parte della comunità. Il sito web serve come portale per utenti e sviluppatori al fine di condividere idee e progetti. progetti GFOSS.it: (Associazione Italiana per l'Informazione Geografica Libera ) Sito web: http://www.gfoss.it/ Il complesso mondo dei GIS: Desktop GIS Internet GIS WebGIS GeoServizi GeoCataloghi WMS/ WFS/WCS WPS Mobile GIS GPS Interoperabilità Infrastrutture di dati spaziali Internet Portali e Piattaforme di servizi Rete Wireless Esempi di tecnologie: Desktop GIS GRASS: http://grass.itc.it/ p //g / OSSIM: http://www.ossim.org/ Quantum GIS: http://www.qgis.org/ OpenJUMP: http://openjump.org/ http://openjump org/ E Esempi i di tecnologie: t l i Servizi di Web Map e Web Feature (GIS internet) Mapserver: http://mapserver.gis.umn.edu/ Geoserver: http://docs.codehaus.org/display/GEOS/Home Interfacce di navigazione e consultazione ka-map! p mapper p.mapper Chamaleon CartoWeb Il LIVE-CD Il LiveCd è stato pensato per chi non ha mai usato un sistema operativo GNU-Linux e teme quindi di non sapersi districare con le procedure di installazione e configurazione. Con il liveCD il sistema viene caricato direttamente dal CD come se fosse installato nel disco fisso. • GRASS 6 6.2.1 21 • QGIS 1.6 • PostgreSQL 8.1.5 • PostGIS 1 1.2.1 21 • GDAL 1.4.0 • Proj 4.5.0 • R 2.4.1 • PgAdmin 1.4.3 Carte tematiche • La carte tematiche servono a visualizzare un “tematismo” tematismo dei dati, dati cioè visualizzazione di un particolare attributo di primitive geometriche (punti,, linee e aree). (p ) • Per P creare mappe ttematiche ti h sii usano: – grafica per scegliere i tipi di linee ed i colori per rendere d un attributo ib – simboli per indicare un attributo – statistica per scegliere le classi in cui raggruppare i valori che assume l’attributo Database geografico g g • La necessità di archiviare grandi moli di dati ha trovato una soluzione nell'utilizzo di database geografici • Rispetto ai database tradizionali, neii database d t b geografici fi i è contenuta anche la geometria degli oggetti e non più solo gli attributi Dati di partenza Per creare una mappa tematica servono: • geometria i (primitive: ( i i i punti, i linee li e/o / aree)) • attributi che si vogliono rendere sulla mappa (ovviamente collegati) Nel modello vettoriale un attributo corrisponde ad una colonna della tabella associata alle primitive geometriche (punti, linee e aree). • In cartografia numerica gli strati informativi possono essere separati Sovrapposizione (overlay) – La funzione di overlay consiste nel sovrapporre e intersecare e seca e d diversi e s s strati a informativi o a (layer) ( aye ) – Le sovrapposizioni (overlay) possono essere suddivise in tre categorie g p principali: p • punti su poligoni (es. traliccio) • linee su poligoni (es. (es strada) • poligoni su poligoni (es. fabbricato) – La possibilità di sovrapporre carte diverse riportanti informazioni sulla geologia, la copertura vegetale, ll'acclività acclività, la fratturazione della roccia permette ad esempio di determinare le zone potenzialmente predisposte al dissesto Sovrapposizione (overlay) Sovrapposizione (overlay) Topografia Idrografia Confini Aree di rispetto (buffer) • E’ E una funzione che permette di creare un un'area area di rispetto (un poligono) intorno agli elementi geografici g g che sono p presenti nel database • Il buffering permette ad esempio di determinare delle zone non edificabili intorno a fiumi, laghi, mare. Aree di rispetto (buffer) Buffer Carte a isolinee • La distribuzione di un attributo è data rappresentando linee che congiungono punti con lo stesso valore. • Di solito sono date linee a passo costante dell’attributo (es. una curva di livello ogni 10 metri), in questo modo si crea ll’illusione illusione della terza dimensione. • La densità delle curve deve tenere conto della precisione dei valori dell’attributo (es. curve di livello su mappe a scala diversa -> > passo diverso). Modelli Digitali del Terreno DTM • Rappresentazione digitale del terreno, adatta all’elaborazione all elaborazione automatica con il calcolatore. calcolatore • Descrizione numerica dell’andamento altimetrico del terreno. terreno • Insieme di coordinate ottenute attraverso il campionamento i t (regolare ( l o irregolare) i l ) di punti ti da parte di opportuni algoritmi. Rappresentazioni 3D • Si può usare una rappresentazione 3D (tipicamente assonometrica) per rappresentare un attributo attraverso l’“altezza” associata alle p primitive. • Può essere utilizzata sia per campi scalari (es. DTM) che per entità (es. aree che rappresentano nazioni). • L’atlezza L atlezza può rappresentare una altezza reale (es DTM, altezza degli edifici) oppure un attributo qualunque (non necessariamente una lunghezza). Scala • Il concetto di scala sembra superato in cartografia numerica perche e possibile visualizzare/stampare con qualunque ingrandimento, g , dato che le coordinate sono assolute. • In realta la scala dipende dalla precisione delle coordinate. • Scala nominale: scala a cui la stampa della carta ha gli stessi requisiti metrici della carta tradizionale (precisione errore di graficismo 0.1 mm). Scala La scelta della dimensione degli oggetti geometrici dipende: • Dall’ applicazione e utilizzo Dall • Dalla scala di rappresentazione delle entità geografiche • In alcune applicazioni pp p posso rappresentate pp le stesse entità geografiche con dimensioni diverse a seconda della scala. – Es. le città su una mappa della rete viaria di interconnessione • sono punti, mentre se si rappresentano su una mappa della rete viaria locale sono poligoni • L utilizzo di poli L’utilizzo poli-linee linee e poligoni introduce approssimazione e imprecisione nella rappresentazione ma permette maggior efficienza nel retrieval Cartografia digitale • La cartografia digitale (o numerica) rappresenta ll’insieme insieme di geometria, geometria attributi e metadati in forma digitale. • L’approccio L approccio moderno alla cartografia digitale consiste nel memorizzare i dati in un unico database spaziale, che gestisce tutti gli aspetti della cartografia, la cui distribuzione avviene in diversi modi: servizi ((WMS,, WFS,, ecc.)) e file. • La disponibilità di dati è spesso il fattore limitante rispetto all all’impiego impiego di strumenti GIS. Cartografia digitale nazionale - I L’ente produttore di cartografia ufficiale in Italia è ll’Istituto Istituto Geografico Militare Italiano (IGMI http://www.igmi.org/). • Caratteristiche principali: • Sist. di rif./proiez. Roma40/Gauss Boaga ED50/UTM - WGS84/UTM ((quelli lli effettivamente ff tti t usati dipendono dal prodotto) • Scale 1:25.000-1:50.000-1:100.000 • Formati DWG per i vettoriali, BMP o Tiff+Tfw per i raster Cartografia digitale nazionale Principali prodotti: Dati vector (ED50/UTM) orografia relativa a: • carta serie 25V (tavoletta) e 25 (sezione) alla scala 1:25.000 • carta serie 50 ((foglio) g ) alla scala 1:50 000 • carta serie 100V (foglio) alla scala 1:100 000 • Dati raster (ED50/UTM o WGS84/UTM) • Cartografia alla scala: 1:25 000, 1:50 000 e 1:100.000; RGB: immagine tiff+tfw • Carta C t iinternazionale t i l “Il Mondo” M d ” serie i 1501 (JOG) alla ll scala l 1:250 1 250 000; color coded: strati separati, BMP • Carta internazionale “Il Mondo” serie 1404 alla scala 1:500 000;; color coded: strati separati, BMP • Carta internazionale “Il Mondo” serie 1301 allascala 1:1 000 000; color coded: strati separati, separati BMP Cartografia digitale nazionale • DTM (Digital Terrain Model) (UTM-ED50) formato “ASCII ASCII o BINARIO” BINARIO . • Grigliato in coordinate piane, passo 20 m • Grigliato in coordinate geografiche, passo 1 e 3 di arco Cartografia catastale La cartografia catastale ha lo scopo di indicare le proprietà di terreni. • Si usa una proiezione di Cassini-Soldner, afilattica, policentrica: ogni centro é di solito un vertice trigonometrico di ordine superiore (I o II ordine). ordine) Caratteristiche principali: • Si Sist. t di rif./proiez. if / i elliss. lli di Bessel B l orientato i t t a Genova G (mareografo)/Cassini Soldner; in corso conversione a Roma40/Gauss-Boaga • Scale 1:4 000-1:500 a seconda delle dimensioni medie delle particelle in zona • Formati raster: tiff; vettoriale: CXF o CML, ASCII, derivano da XML+Java, Carta geologica • Carta alla scala 1:100 000, completata nel 1976 basata sul 1:100 000 IGMI. 1976, IGMI http://www.apat.gov.it/Media/carta_geologica_italia/default.htm • Il p progetto g CARG, p partito nel 1988, dovrebbe realizzare la nuova carta geologica nazionale alla scala 1:50 000 (completati 250 fogli su 652 • http://www.apat.gov.it/Media/carg/index.htm • Alcune regioni (es. Emilia Romagna) hanno realizzato carte geologiche basate sulla Carta tecnica ((scale 1:10 000 - 1: 5 000)) disponibili p in formato digitale, visualizzabili on-line ma non scaricabili. Cartografia regionale • La cartografia tecnica è di competenza regionale (o provincie autonome). • Sist. di rif./proiez. Roma40/Gauss-Boaga - WGS84/UTM Scale 1:10 000-1:5 000 a seconda delle Regioni Formati tipicamente tiff+tfw (raster) e Shape (vettoriali) • I prodotti realmente disponibili e le modalità di acquisizione cambiano da Regione a Regione. • Alcune cartografie regionali sono parzialmente scaricabili on-line, vedi ad es. http://wiki.gfoss.it/index.php/Geodati_Regioni Altra cartografia • Esistono prodotti cartografici o assimilabili prodotti da compagnie private. private • Ad esempio in Italia sono molto usate le ortofoto a colori delle serie “Volo Volo Italia xxxx xxxx”, dove xxxx indica l’anno di realizzazione, della • C Compagnia i G Generale l Ri Riprese Aeree A di Parma P (la (l risoluzione cambia a seconda dell’anno di realizzazione tipicamente si hanno pixel di 1 o realizzazione, 0.5 m). Altra cartografia • Altri prodotti: • iimmagini i i da d satellite lli con caratterstiche i h molto l diverse a seconda del tipo di sensore immagini da aereo le immagini recenti son in genere fornite già ortorettificate, quelle storiche devono essere ortorettificate • carte turistiche - piccola scala - sentieri non hanno interesse tecnico se non per applicazioni particolari Contenuto qualitativo • Il contenuto qualitativo di una carta dipende dalla scala di visualizzazione • A grande scala → disegno piccola scala → simbolo • Ap I GIS att attuali ali non sono in grado g ado di selezionare sele iona e automaticamente il metodo di visualizzazione in funzione della scala. scala Riclassificazioni ed aggregazioni • L La ffunzione i di riclassificazione i l ifi i consiste i t nell generare un nuovo attributo descrittivo partendo da un attributo o da più attributi già esistenti • L La ffunzione i di aggregazione i consiste i t nell’aggregare più dati attributo eliminando le linee di separazione e generando quindi un nuovo attributo Analisi di rete • Le funzioni principali che possono essere effettuate mediante un GIS sulle reti, di qualsiasi tipo esse siano (di trasporto, comunicazione, distribuzione, ecc.), sono fondamentalmente: – La ricerca del percorso minimo (o a minimo costo) – L'allocazione L allocazione di porzioni della rete ad un fornitore o consumatore di risorse (esempio: la raccolta dei rifiuti solidi urbani in una rete viaria cittadina) – La verifica della connettività fra due punti (esempio: la ricerca di un percorso alternativo in una rete elettrica in cui si è verificato un guasto) Generazione di prodotti Si tratta dei prodotti finali, i cosiddetti “output” output che comprendono: • Interfaccia utente • Report • Carte • Grafici che potranno essere restituiti sia in formato cartaceo che in formato digitale