I GIS nella progettazione urbana: l`importanza dello spazio nelle

Progettazione dei Sistemi Territoriali
Laurea Magistrale in Sociologia
Laurea Magistrale in Turismo e Comunità Locale
I GIS nella progettazione urbana: l’importanza
dello spazio nelle scienze sociali.
Gli strumenti.
Marco Mauri
Università di Milano - Bicocca
[email protected]
Milano, 11 febbraio 2010
1
1.
2.
3.
strumento di indagine: tecniche
per il rilevamento empirico e
l’interpretazione delle qualità
differenziali dei luoghi e
dell’immaginario collettivo
COMPETENZA ANALITICA
strumento di comunicazione:
possibilità di individuare le
tendenze dei procesi di
trasformazione in atto e di fare
delle previsioni sulle possibili
dinamiche future
COMPETENZA SINTETICA
strumento di monitoraggio:
valutazione delle linee di sviluppo
che si è scelto di seguire
COMPETENZA VALUTATIVA
2
GIS (Geographical Information System):
sistema informatizzato in grado di immagazzinare (e trattare) dati
descrittivi del mondo reale (dati geografici)
strumento di misura specificamente progettato per l’analisi di dati
nello spazio
un insieme organizzato di hardware, software, dati, procedure
e persone preposto ad acquisire, immagazzinare, aggiornare,
elaborare, analizzare, visualizzare e restituire tutti i tipi di
informazione di natura “geo-riferita”
nella forma di rappresentazioni cartografiche
un sistema di supporto alle decisioni che inserisce informazioni
geo-referenziate all’interno dei processi di risoluzione dei problemi
3
•
•
COMPRENSIONE DEI FENOMENI SOCIALI
ELABORAZIONE DI ADEGUATE POLITICHE DI
INTERVENTO
4
LA “G” IN GIS:
la componente geografica
• si introduce la dimensione dello spazio nel database “tradizionale”
• principi scientifici delle rappresentazioni cartografiche
• la geo-referenziazione delle informazioni consente la
visualizzazione delle relazioni nello spazio dei fenomeni oggetto di
studio e la loro analisi con metodi quantitativi
“Gis were largely developed with traditional geography in mind […] These
systems are further limited by the map data model, consisting of points,
lines, and polygons. This model assumes that all data can be linked to a
very specific, discrete location and that lines can be drawn to explicity
delineate the boundary between data categories” (Steinberg &
Steinberg, 2006, p. 14).
5
LA “I” IN GIS:
le informazioni
•
•
•
le informazioni di cui un GIS necessita devono necessariamente
possedere una locazione spaziale
i GIS sono da considerare sistemi completi per la creazione di banche
dati relative al territorio
struttura e gestione delle basi di dati
“the information aspect of GIS is the easy part because almost everyone
working in social sciences is already familiar with the process of
collecting and coding data” (Steinberg & Steinberg, 2006, p. 13).
6
LA “S” IN GIS:
il sistema
• integrazione delle diverse componenti che caratterizzano un
GIS
• i GIS necessitano di una combinazione di strumentazione
hardware e software (di base; per la gestione di database; per la
gestione di dati territoriali)
• architetture hardware con relazioni client-server (LAN, WAN,
Internet)
“almost all information researchers collect about people, their communities
and their environment can be tied to a geographic location” (Steinberg
& Steinberg, 2006, p. 10).
7
• Come lavora un GIS
- collega elementi
cartografici (geographical
features) a tabelle di
attributi
- accede agli attributi di
qualsiasi elemento della
carta geografica
- localizza qualsiasi
elemento in funzione dei
suoi attributi
- gestisce insiemi di
elementi geografici e
attributi come temi
(strati informativi,
layers)
8
• Gli strati informativi (layers)
– si attua una scomposizione della realtà
– collezione di primitive geometriche dello stesso tipo concernenti uno
specifico fenomeno reale
– la sovrapposizione di layers diversi permette di rivelare le relazioni
esistenti tra diversi oggetti spaziali (rappresentati in mappa dalle
primitive geometriche stesse o da immagini raster)
un GIS risponde a domande sul territorio, confrontando in
modo integrato strati informativi diversi
9
modello digitale del terreno
grafo stradale
cartografia tematica (numerazione
civica)
aerofotogrammetrico dell’edificato
carta di uso del suolo
cartografia di base (CTR raster)
10
L’informazione geografica, così come si presenta nel mondo reale,
per poter essere utilizzata all’interno di un GIS, deve;
1.
essere interpretata e semplificata secondo criteri individuati da
specifici modelli;
2.
organizzata in strutture informatiche elaborabili da algoritmi
matematici;
3.
resa disponibile in formati digitali che i software possano
leggere.
11
1. Modelli di dati geografici
“Il modello dati è un’astrazione della realtà […] è un insieme di
costrutti che descrivono e rappresentano particolari aspetti del
mondo reale in un computer” (Biallo, 2005, p. 34).
• i dati contenuti nei GIS sono dei modelli del mondo reale
progettati per evidenziare solo determinati aspetti della realtà,
quelli utili alle nostre analisi
• il modello serve a definire la base di dati in funzione degli obiettivi
che il sistema deve raggiungere
• il modello deve rappresentare il mondo reale:
– come dati manipolabili con strumenti gestionali;
– come dati che siano visualizzabili in forma cartografica;
– come dati ai quali si possano applicare metodi di analisi spaziale.
12
a. modello concettuale
•
percezione della realtà
•
la modellazione del mondo reale passa attraverso:
1.
2.
3.
•
l’identificazione delle entità che definiscono i fenomeni di nostro
interesse;
l’identificazione degli attributi, anche spaziali, che ne descrivono le
caratteristiche rilevanti;
l’identificazione delle relazioni spaziali e della topologia
(connettività – intersezione, adiacenza, inclusione) dei
fenomeni.
è indipendente dall’hardware e dal software
13
b. modello logico
• descrive le entità e le relazioni definite nel modello concettuale in
modo orientato all’implementazione del sistema = rappresentazione
della realtà funzionale all’informatizzazione dei dati
• è espresso in forma di diagrammi e liste che forniscono una
rappresentazione logica delle entità e delle relazioni
• dipende dal software specifico che si vuole utilizzare (modello
“object-relational” dei più comuni software GIS e DBMRS)
• non dipende dall’architettura hardware del sistema
14
entità
persona
edificio
comune
c.f.
attributi
persona
nome
relazioni
persona
possiede
edificio
15
c. modello fisico
• descrive in dettaglio i file, gli archivi e le tabelle e definisce le
relazioni tra tabelle
• specifica i nomi e le dimensioni degli attributi
• specifica la struttura e la topologia degli attributi geometrici
• questo modello viene descritto nei “metadati” che accompagnano i
files
16
Le unità di osservazione spaziale
•
i fenomeni del mondo reale tradotti in entità GIS prendono
comunemente il nome di oggetti (“filtro” attraverso il quale si osserva e
si descrive la realtà territoriale oggetto di studio)
•
è possibile ascrivere questi oggetti a poche semplici classi geometriche
(unità atomiche o primitive)
•
gli oggetti base utilizzati nei GIS per la rappresentazione spaziale dei
fenomeni sono: il punto, la linea, l’area o poligono (assimilabile ai
poligoni ci sono le griglie)
•
la scelta del tipo di rappresentazione è legata alle proprietà spaziali
dei singoli oggetti e deve essere funzionale al tipo di analisi che
vogliamo effettuare ed alla memorizzazione su calcolatore
17
Proprietà delle primitive geometriche
• punto:
– oggetto adimensionale e privo di forma
– specifica la localizzazione di un fenomeno nello spazio
• linea:
– oggetto unidimensionale
– specifica la posizione, direzione e lunghezza di un fenomeno del
mondo reale
• poligono:
– oggetto bidimensionale
– rappresenta superficie e morfologia delle strutture territoriali
18
2. La struttura dei dati geografici
• dipende dalla modalità di reperimento del dato (cartografia
numerica; sistemi di rilevamento)
• dipende dalle potenzialità del software GIS che intendiamo
incorporare nel nostro Sistema Informativo Territoriale
• dipende dalle elaborazioni che si vogliono eseguire
• dipende dai risultati che si vogliono ottenere
19
2. La struttura dei dati geografici
• La struttura vettoriale o a oggetti
– fenomeni del mondo reale dalla natura discreta, circoscrivibili in
uno spazio ben definito
– sono rappresentati in mappa da oggetti geometrici localizzati nello
spazio mediante un sistema di coordinate (primitive o entità
geometriche principali: punti, linee, poligoni)
– a ciascun oggetto possono essere associati diversi attributi
attraverso tabelle fisicamente connesse agli oggetti stessi
– principali elaborazioni dei dati:
•
•
•
•
overlay topologico;
creazione aree di rispetto;
analisi di rete;
elaborazioni sulle banche dati descrittive.
20
21
22
23
2. La struttura dei dati geografici
• La struttura raster o a superfici continue
– fenomeni del mondo reale che si distribuiscono in modo continuo
nello spazio
– sono rappresentati in mappa utilizzando una griglia regolare di celle
che coprono interamente lo spazio
– ad ogni cella è associato il valore di un attributo dello spazio in quel
punto attraverso tabelle fisicamente connesse a ciascuna cella
– principali elaborazioni dei dati:
• modelli di calcolo sulla cella;
• interpolazione di punti;
• analisi 3D.
24
25
26
2. La struttura dei dati geografici
• Le mappe tridimensionali
– DTM = Digital Terrain Model
– DEM = Digital Elevation Model
– TIN = Triangulated Irregular Network
– curve di livello o isolinee
– estrusione degli oggetti vettoriali poligonali nella terza
dimensione (2.5D)
27
http://egsc.usgs.gov/is
b/pubs/teacherspackets/mapshow/de
m.html
28
http://www.extension.umn.edu/distribution/naturalresources/components/DD6097sz.html
29
• I dati descrittivi o attributi dei dati geografici
– dati alfanumerici relazionati ai dati geografici e organizzati in basi di
dati (“tabelle degli attributi”)
– le tabelle sono flies di database organizzate per records (righe) e
campi (colonne)
– le tabelle possono essere collegate ai dati geografici in modo
permanente o temporaneo secondo modalità definite:
• “uno a uno”;
• “uno a molti”;
• “molti a molti”.
30
31
3. I formati
• struttura fisica usata per immagazzinare i dati in un file (nome o
sigla che spesso corrisponde all’estensione del file stesso); i
formati possono essere distinti in:
– ASCII, usati per trasferire facilmente dati da un formato proprietario
ad un altro;
– proprietari, studiati dalle case produttrici e strutturati ad hoc per
certi software GIS;
– metaformati (o di scambio), come gli ASCII non sono direttamente
utilizzabili dai prodotti software ma servono esclusivamente per il
trasferimento dei dati da un sistema ad un altro.
32
L’utilizzo dei GIS nella ricerca sociale
• il GIS può essere utilizzato come potente strumento
per la raccolta e l’analisi di una grande quantità di
dati
• il GIS può essere utilizzato come metodologia
d’indagine volta a perseguire una visione dell’oggetto
delle nostre analisi di tipo olistica e contestuale
“GIS allows the researcher to develop a holistic view of the many
different contextual variables that may be important to
addressing a particular social issue or research question”
(Steinberg & Steinberg, 2006, p. 37).
33
“Guiding question” n. 1
CONCETTI
•
Come possiamo integrare lo strumento GIS nel nostro studio?
Può essere utile farlo?
-
obiettivo della ricerca
variabile dipendente
variabili indipendente
ipotesi
accurata definizione degli attributi da associare a
ciascuna variabile
34
“Guiding question” n. 2
POSIZIONE
•
Qual è la nostra area di studio? Quali caratteristiche
geografiche la contraddistinguono?
-
dare una descrizione dell’area (estensione, confini,
“livello di dettaglio”)
ci sono elementi geografici (naturali o costruiti
dall’uomo)identificabili come specifiche unità di analisi?
sono presenti elementi “unici” dal punto di vista
emozionale, spirituale, psicologico, culturale o
ambientale?
35
“Guiding question” n. 3
DATI
•
Di quali dati abbiamo bisogno? Di quali dati disponiamo?
-
fonti dei dati
condizioni di accesibilità ai dati
livello di disaggregazione territoriale dei dati disponibili
finalità per cui i dati sono stati raccolti
qualità del dato: accuratezza, validità e “anzianità”
disponibilità del “metadato”
36
“Guiding question” n. 4
ANALISI
•
Che tipo di analisi vogliamo svolgere?
“place based or local analysis: attempts to identify the proprties that
distinguish places, within the context provided by a general framework (GWR,
LISA) […] space provides the necessary link to other potentially interesting
factors and to the context of observations” (Goodchild, Janelle, 2004, p.9)
-
“cross-section analysis”
-
“longitudinal analysis”
37
Approcci alla ricerca
approccio induttivo: il ricercatore, senza alcun pre-concetto, inizia il
processo di ricerca collezionando dati per arrivare alla formulazione di una
teoria che spieghi quanto osservato
approccio deduttivo: il ricercatore, partendo da ipotesi già formulate,
raccoglie dati al fine di testare le ipotesi stesse
“a GIS can be useful for both inductive and deductive approaches to social
sciences research” (Steinberg & Steinberg, 2006, p. 52).
“spatial analysis is perhaps best seen as an exploratory technique, more
suitable for the generation of hypothesis and insights than to strict
confirmation of theory” (Goodchild, Janelle, 2004, p.7)
38
Approccio induttivo: GIS e fasi delle ricerca
(Steinberg & Steinberg, 2006, p. 80)
1.
scelta del tema d’indagine
-
2.
individuazione dell’area geografica di interesse
-
3.
errori, età del dato, finalità per cui è stato raccolto, fonte, livello di dettaglio,
proiezione
analisi dei dati
-
7.
localizzazione geografica dei dati (sviluppo di un sistema di codifica delle
informazioni raccolte)
validazione sul campo dei dati raccolti (“ground-truth”)
-
6.
raccogliere dati sull’ambiente sociale, fisico e naturale (integrazione di differenti
tipologie di dati)
geocodifica dei dati raccolti
-
5.
l’ubicazione dei fenomeni nello spazio può giocare un ruolo importante nel
processo d’analisi
raccolta dei dati
-
4.
individuazione variabili spaziali determinanti da includere nel modello teorico che
verrà elaborato
alla ricerca di modelli di distribuzione spaziale (regolarità, similarità o differenze)
raggiungimento di un punto di “saturazione teorica” (theoretical saturation)
formulazione del modello teorico
-
con riferimento al contesto sociale, fisico e naturale cui si è fatto riferimento
39
Approccio deduttivo: GIS e fasi delle ricerca
(Steinberg & Steinberg, 2006, p. 54)
1.
scelta del tema d’indagine
– individuare variabili spaziali rilevanti ai fini delle nostre analisi
– individuare i confini adeguati in relazione alle variabili ocnsiderate
2.
accurata definizione dei problemi da investigare (servirà da
guida nella ricerca)
– definire temi, gruppi socili ed ambiti geografici da includere nelle nostre analisi
3.
condurre una “literature review”
– per raccogliere informazioni da campi disciplinari idversi
4.
sviluppo di una ipotesi (idea, congettura circa il tema d’indagine)
–
5.
l’ipotesi formulata dovrebbe comprendere un’istanza spaziale
sviluppo di un modello teorico (individuazione delle variabili
chiavi e delle possibili relazioni tra loro esistenti)
–
stabilire quali relazioni spaziali potrebbero esistere tra le variabili individuate
40
Approccio deduttivo: GIS e fasi delle ricerca
6.
metodologia della ricerca (la più appropriata in relazione agli
obiettivi della ricerca, al tempo ed alle risorse disponibili)
–
7.
valutare l’apporto dello strumento GIS nel definire la metodologia impiegata
raccolta e preparazione dei dati
–
dove ricercare i dati dipende da quali elementi geografici abbiamo scelto di focalizzare la nostra
attenzione
8.
validazione sul campo dei dati raccolti (“ground-truth”)
9.
analisi dei dati
–
10.
le tipologie di dati raccolti determinano il tipo di analisi possibile
condivisione dei risultati
–
–
“a picture is worth a thousands words”
“ditelo con le mappe…ma senza mentire”
41
Appendice A
CARTOGRAFIA TRADIZIONALE E
CARTOGRAFIA NUMERICA
1.
CARTOGRAFIA TRADIZIONALE: ha come elemento base un
disegno che contiene, in forma implicita (e ricavabile da misure
sulla carta a partire dalle informazioni desunte da legenda,
parametratura e cornice), le coordinate dei punti.
2.
CARTOGRAFIA NUMERICA: ha come elemento base l’insieme
delle coordinate che contiene in forma implicita la sua
visualizzazione sotto forma di disegno.
42
Appendice B
IL PROCESSO CARTOGRAFICO
1.
TOPOGRAFIA
2.
FOTOGRAMMETRIA
3.
TELERILEVAMENTO
4.
5.
1. acquisizione del dato
GEODESIA
2. scelta del sistema di
riferimento
CARTOGRAFIA
3. scelta della rappresentazione
cartografica
43
Appendice C
LE DISCIPLINE DEL RILEVAMENTO
1.
TOPOGRAFIA
2.
FOTOGRAMMETRIA
3.
TELERILEVAMENTO
4.
GEODESIA
5.
CARTOGRAFIA
44
1. TOPOGRAFIA
Scienza applicata che si occupa dei
metodi e degli strumenti atti a
consentire la determinazione e la
rappresentazione metrica di punti ed
elementi della superficie della Terra
(DESCRIZIONE METRICA DEI
LUOGHI).
Prodotto della topografia sono
generalmente CARTE a scala
opportuna atte a dare una
rappresentazione
sintetica
e
metricamente corretta di porzioni del
territorio.
PROBLEMI DI RILIEVO (misura di
angoli e distanze – determinazione
di coordinate curvilinee)
45
2. FOTOGRAMMETRIA
Metodo di rilievo del territorio
che
consente
la
realizzazione
di
carte
metriche.
Utilizza
le
informazioni
metriche
contenute in una coppia di
fotogrammi che riprendono
lo steso oggetto da due
differenti posizioni spaziali
(coppia stereo).
46
3. TELERILEVAMENTO
Ha come scopo la
produzione
di
cartografia tematica
del
territorio
mediante l’uso di
sensori
terrestri,
aerotrasportati
o
spaziali.
47
4. GEODESIA
Scienza che studia la figura della terra (FORMA e DIMENSIONI) e il
suo campo di gravità nello spazio esterno (VALORE DEL CAMPO
GRAVITAZIONALE E SUE VARIAZIONI NEL TEMPO) e dei
fenomeni geodinamici (spostamento dei poli, maree terrestri e
movimenti della crosta).
48
5. CARTOGRAFIA
Scienza che si occupa del problema di riprodurre sul piano della carta l’intera
superficie della Terra o porzioni più o meno consistenti di questa. Problema di
impossibile soluzione a meno delle approssimazioni tollerate dagli utilizzatori
delle carte.
PROBLEMI DI RAPPRESENTAZIONE (passaggio dal sistema di coordinate
curvilinee al sistema di coordinate piane – proiezioni cartografiche)
49
5. CARTOGRAFIA
CLASSIFICAZIONE DELLE CARTE
DENOMINAZIONE
CARTA
DENOMINAZIONE
SCALA
VALORE
SCALA
USO
planisferi e
mappamondi
scala piccolissima
oltre 1.30.000.000
intera superficie
della Terra
carte geografiche o
generali
scala piccola
oltre 1:1.000.000 e
fino a 1:30.000.000
superfici estese,
statali e continentali
carte corografiche
o regionali
media scala
oltre 1:100.000 fino
a 1: 1.000.000
regioni estese
evidenziando bene il
reticolo stradale
carte topografiche
scala grande
oltre 1:10.000 fino a
1:100.000
superfici poco
estese evidenziando
bene elementi fisici
e antropici
piante e mappe
scala grandissima
fino a 1:10.000
piante per la
planimetria di centri
abitati; mappe per
proprietà rurali
50
5. CARTOGRAFIA
51
Bibliografia
•
Biallo, G. (2005). Introduzione ai Sistemi Informativi Geografici. Roma: MondoGIS.
•
Boffi, M. (2004). Scienza dell’informazione geografica. Introduzione ai GIS. Bologna: Zanichelli.
•
Casini, F. (2002). Una statistica per la città. L’opera di Ugo Giusti (1873-1953). Firenze: Edizioni Polistampa.
•
Gazzola, A. (2000). Sociologie della città presente. Genova: Coedital.
•
Goodchild, M.F., Janelle, D.G. (2004). Spatially integrated social science. New York: Oxford University
Press.
•
Maciocco, G., Pittaluga, P. (2003). Immagini spaziali e progetto del territorio. Milano: Franco Angeli.
•
Mela, A. (1996). Sociologia delle città. Roma: Carocci.
•
Mela, A., Belloni, M.C., Davico, L. (2000). Sociologia e progettazione del territorio. Roma: Carocci.
•
Schiavi, A. (1991). Vademecum cartografico. Informazioni per l‘analisi e la lettura delle carte geografiche e
topografiche. Milano: Vita e Pensiero.
•
Steinberg, S.J., Steinberg, S.L. (2006). GIS. Geographic Information Systems for the Social Sciences.
Investigating Space and Place. SAGE Publications.
•
Wright Mills, C. (1959). L’immaginazione sociologica. Il saggiatore.
52