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Corso di Laurea Magistrale in
Ingegneria per l’Ambiente e il Territorio
A.A. 2012-2013
Telerilevamento e SIT
Prof. Ing. Giuseppe Mussumeci
Architettura e funzionalità di una piattaforma GIS.
Parte seconda: funzionalità essenziali
FUNZIONALITA’ DEI G.I.S.
Editing di dati (geo)grafici (1):
creazione, inserimento, elaborazione e verifica
In genere non tutti i supporti informativi disponibili per le applicazioni
GIS sono disponibili in formato digitale; ne consegue che spesso è
necessario costruire nuovi database geografici o convertire in
formato digitale quelli disponibili.
Un software GIS fornisce procedure per generare e trasformare
formati grafici digitali (raster e vector).
Integra le funzioni di editing grafico più comuni e strumenti di
verifica → eliminazione di errori che possono essere generati
durante la fase di editing e codifica dei dati (spaziali e non).
(1)
Dati grafici di interesse sono in genere i dati spaziali, quali mappe cartacee, cartografie
numeriche, fotografie aeree, immagini satellitari, listati di misure topografiche puntuali,
sequenze di coordinate GPS, ….
Errori sui dati
Incompletezza dei dati spaziali (mancano punti, linee, ecc.)
Errori nella posizione (errori di digitalizzazione, scarsa qualità del
dato iniziale, ..)
Distorsioni dei dati spaziali (cartografia di base a scala non
corretta, foto aeree, documenti cartacei, ..)
Collegamenti errati tra attributi e dati spaziali (assegnazione
errata degli identificatori univoci)
Attributi errati o incompleti
Gestione dei dati (DBMS)
Gestione (inserimento, aggiornamento, modifica) dei dati geometrici e degli
attributi associati al generico elemento del tematismo (funzionalità proprie
di un DBMS - DataBase Management System).
In genere, i software dispongono di un proprio modulo interno per la
gestione di database e prevedono funzionalità di collegamento con
DBMS esterni.
In ogni caso un sw GIS deve offrire tools per le seguenti operazioni:
- creazione di tabelle di dati;
- modifica dei dati inseriti e visualizzazione degli effetti sulle mappe
- operazioni di join tra tabelle
- acquisizione di dati da database esterni al GIS
- import/export di tabelle in vari formati (testuale e binario)
- creazione di grafici sulla base dei valori di uno o più campi
Manipolazione dei dati
Trasformazione del sistema di riferimento e conversione di coordinate (1), al
fine di ricondurre tutti i dati ad un unico sistema di riferimento geografico.
Trasformazione di scala
Classificazione e simbolizzazione dei dati
GEOREFERENZIAZIONE: insieme di azioni che mirano al corretto
posizionamento spaziale degli elementi geografici, in base al sistema di
riferimento cartografico utilizzato. Si distinguono procedure differenti per i tematismi
vettoriali che, di norma, vengono prodotti già in coordinate (potrebbe essere
necessario un cambio di sistema di riferimento) da quelle utilizzate per i tematismi
raster, che invece occorre generalmente calibrare correttamente nello spazio
attraverso opportuni spostamenti e scalature.
(1)
Selezione ed analisi dei dati
Le funzioni di selezione e analisi dei dati rappresentano gli strumenti
principali attraverso i quali un GIS è in grado di generare nuovi livelli
informativi individuando o sfruttando relazioni tra aspetti della realtà a
prima vista non correlati.
selezione
analisi spaziale
geoprocessing
Incidono sull’efficacia dell’applicazione GIS:
• tipologia, quantità e qualità dei dati a disposizione
• modello dati adottato
• organizzazione degli attributi nel database relazionale
Funzioni di base per la selezione di dati
L’operazione di selezione permette di estrarre dal data base geografico uno o più
oggetti e di evidenziarli o memorizzarli in una memoria intermedia per successive
elaborazioni.
Selezione tramite puntamento
L’oggetto di interesse viene identificato sul video e selezionato con il mouse; il sistema
risponde evidenziando sul video l’oggetto selezionato e restituendo i valori degli attributi
corrispondenti.
Selezione tramite condizione sugli attributi
La selezione degli elementi geografici si realizza attraverso una interrogazione più o
meno complessa che opera sugli attributi (query) e che definisce una serie di condizioni
che devono soddisfare gli oggetti da selezionare. Il sistema valida sintatticamente la
query e la esegue. Gli oggetti selezionati vengono evidenziati sul video e resi disponibili
per successive elaborazioni.
Selezione tramite condizione geografica
Si opera soltanto sulla componente geografica del dato con operazioni geometriche,
topologiche, insiemistiche e geografiche. La selezione è in genere complessa e
coinvolge altre operazioni di ricerca ed analisi (query, overlay, buffering, incrocio).
Selezione tramite condizione sugli attributi
Funzioni evolute per la selezione dei dati
Query: selezione di elementi di un tematismo, anche mediante operatori logici
complessi attraverso i quali si pongono condizioni sui dati associati
Esempio:
selezionare i tronchi stradali non pavimentati e con pendenza maggiore del 10%.
Il risultato di tale funzione è quello di evidenziare sulla mappa tutti i tronchi che
posseggono i requisiti richiesti e di riconoscere gli stessi, con relativi attributi, all'interno
delle tabelle del DB e rendere i dati disponibili per eventuali elaborazioni.
QUERY BUILDER
QUERY BUILDER
Selezione ed analisi dei dati
Buffering: funzione che permette di creare un’area di dimensioni variabili attorno
all’elemento prescelto in modo da individuare le relazioni di vicinanza o distanza che
sussistono tra tale elemento e altri oggetti spaziali.
E’ possibile dare una risposta a quesiti del tipo:
- quali abitazioni sono coinvolte dalla costruzione di una strada?
- qual e' il numero totale di clienti entro 10 chilometri dal centro commerciale?
- quanti edifici si trovano entro 50 metri dalla condotta del gas?
Asse stradale
Selezione ed analisi dei dati
Incrocio: è l’operazione che più di ogni altra esalta le caratteristiche dei GIS come
integratori di dati e creatori di nuova informazione. La funzione di incrocio opera su due
diversi tematismi e ne combina le informazioni creando un nuovo strato informativo.
Dato un set di tematismi, l’operazione di incrocio può essere effettuata tra il primo e il
secondo det; il risultato, a sua volta, potrà incrociato con un altro set e così via; alcuni
software permettono di effettuare tale operazione direttamente su un numero di strati
maggiore di due.
L’operazione di incrocio tra elementi vettoriali può essere realizzata in varie forme:
• unione (union)
• taglio (clip)
• intersezione (intersect)
• dissolvenza (dissolve)
• collegamento (merge)
Funzioni di incrocio o geoprocessing
GEOPROCESSING
UNIONE
(UNION)
L'operatore sovrappone
un tematismo di overlay
ad un tematismo dato e
produce uno strato
informativo che possiede
estensione e contenuto
di entrambi i tematismi.
input theme
overlay theme
+
strade statali
output theme
=
territorio
provinciale
Strade statali
e territorio
provinciale
GEOPROCESSING
TAGLIO
(CLIP)
L'operatore seleziona ed
isola, all'interno di un
dato tematismo (input
theme), gli elementi
compresi all'interno di un
tematismo di “taglio”
(clip theme) senza
alterare gli attributi del
tematismo dato.
input theme
clip theme
+
strade statali
output theme
=
territorio
provinciale
Strade statali
interne al
territorio
provinciale
GEOPROCESSING
INTERSEZIONE
(INTERSECT)
L'operatore interseca un
tematismo assegnato
(input theme) con gli
elementi di un altro
tematismo (overlay
theme). Il risultato è uno
strato informativo che
contiene gli elementi di
entrambi i tematismi.
input theme
+
strade statali
output theme
overlay theme
=
strade
provinciali
strade statali
e provinciali
interne al
territ. prov.
GEOPROCESSING
DISSOLVENZA
(DISSOLVE)
Territori
comunali
L'operatore aggrega gli
elementi del tematismo
(features) in relazione al
valore di un attributo
comune.
Territori
provinciali
GEOPROCESSING
COLLEGAMENTO
(MERGE)
input themes
+
L'operatore collega gli
elementi (features) di
due diversi tematismi
unificandoli in un nuovo
strato informativo.
Vengono mantenuti gli
attributi che hanno lo
stesso nome.
output theme
Selezione ed analisi dei dati
Considerazioni conclusive
La tecnologia GIS consente di eseguire non solo semplici ricerche di natura grafica e
alfanumerica, ma, soprattutto, sofisticate analisi spaziali (implementazione di modelli,
individuazione di tendenze, predisposizione di scenari, ….) nell'elaborazione delle quali
dimostra tutte le sue potenzialità (generalmente su tematismi in formato GRID).
Esempi di applicazioni:
•selezione/localizzazione in base alle relazioni spaziali ed agli attributi degli oggetti
geografici;
•analisi temporale;
•modellazione di fenomeni mediante implementazione di relazioni matematiche tra
elementi e attributi;
•valutazioni di idoneità (rispondenza di soluzioni ad obiettivi prefissati);
•valutazione di scenari e soluzioni, anche con procedimenti iterativi di analisi di idoneità e
di modellazione;
•analisi di reti, ad esempio con ricerca del “miglior percorso” da una origine ad una
destinazione o la ricerca della risorsa “più vicina”.
Visualizzazione (output grafico)
Produrre output grafici di alta qualità per “comunicare” i risultati delle
elaborazioni:
- rappresentazione cartografica, anche tematica;
- visualizzazione di mappe, anche tridimensionali, e grafici;
- produzione di report alfanumerici (tabelle, documenti standard, ecc.) e
di documentazione multimediale integrata alla mappa.
Il GIS rende la cartografia dinamica, in quanto consente di spostarsi sulla
carta, cambiare la scala di visualizzazione, cambiare la simbologia, mostrare
allo stesso tempo più strati informativi, aprire i contenuti di repository anche
multimediali associati alle features, …..
Ambiente di sviluppo
Produrre elaborazioni ed ottenere risultati non esplicitamente previsti dagli
strumenti standard presenti nel pacchetto software.
Possibilità di definire procedure "ad hoc“ per integrare ed ampliare le
funzionalità di base del software GIS.
ESRI, ad esempio, fornisce un ambiente di sviluppo integrato basato sul linguaggio di
programmazione Avenue, attraverso il quale è possibile creare nuovi elementi di interfaccia
grafica e nuove funzioni specifiche per applicazioni GIS.
Per poter ottenere i risultati desiderati è necessario conoscere le tecniche
della programmazione e le specifiche caratteristiche del linguaggio, e ciò
rende molto spesso indispensabile rivolgersi a professionisti del settore o a
ditte specializzate.
Riassumendo……
Caratteristiche fondamentali di un software GIS:
•Interfaccia utente di semplice uso;
•Ambiente integrato per la gestione di mappe, tabelle, grafici, layout di stampa;
•Funzionalità avanzate per la visualizzazione delle mappe, l’analisi dei dati, la
produzione di cartografia;
•Integrazione di dati vettoriali (es. CAD) e raster (es. immagini TIFF).
•Utility per la proiezione cartografica dei dati;
•Procedure guidate per effettuare analisi geografiche complesse;
•Accesso e scambio dati attraverso l’uso dei formati più diffusi;
•Editing di dati geografici e tabellari;
•Personalizzazione dell’ambiente di lavoro;
•Ambiente di sviluppo integrato per estendere le funzionalità standard;
•Possibilità di espandere ulteriormente le potenzialità del software facendo ricorso
ad estensioni prodotte da terze parti.
TERMINOLOGIA ESSENZIALE
Theme (tematismo): insieme relazionato dei dati spaziali ed alfanumerici associati
ad una specifica categoria di elementi geografici (edifici, strade, fiumi, sezioni
censuarie, etc.); i tematismi vengono trattati come livelli informativi indipendenti,
sovrapposti l’uno sull’altro nelle rappresentazioni delle mappe.
Dal punto di vista topologico esistono tre tipologie di tematismi:
puntuali, utilizzati, per posizionare elementi geografici che, alla scala di studio,
occupino estensioni molto limitate;
lineari, normalmente impiegati per reti stradali, fognarie, elettriche, idrografiche,
ecc..;
poligonali, per rappresentare superfici (aree amministrative, particelle catastali,
unità geologiche, ecc..).
Si distingue anche tra tematismi vettoriali (ovvero costituiti da singoli elementi
indipendenti appositamente creati) e tematismi raster, che sono invece costituiti
da “matrici” di elementi (ciascuno caratterizzato da un attributo di colore) derivanti
da scansioni di mappe in formato cartaceo o da fotogrammi digitali (ortofotocarte, o
immagini telerilevate);
View (vista): finestre di mappa in cui vengono visualizzati i dati cartografici
relativi ai diversi tematismi. All’interno di una finestra di view è possibile realizzare
carte tematiche (una delle peculiarità specifiche più importanti dei software GIS)
in funzione dei dati associati ai diversi livelli informativi;
Table (tabella): database alfanumerico direttamente relazionato agli oggetti
geografici del tematismo, normalmente con logica di collegamento biunivoca. È
possibile gestire un qualsivoglia numero di campi che possono contenere dati di
diversa natura: numerica, alfanumerica, booleana, temporale, oppure
collegamenti ad altri file esterni;
Layout: procedure per realizzare gli output definitivi di ciascun progetto (che
possono essere stampati, plottati, oppure esportati in file grafici);
Chart (diagramma): rappresentazioni dei dati delle tabelle in forma grafica
mediante diagrammi a torta, a barre, ecc.;
Script: programmi di elaborazione realizzati di norma con un linguaggi di
programmazione proprietari che servono ad aggiungere ulteriori funzionalità al
GIS.