Dott. Andrea Azzini
Referente settore Sistema Informativo Territoriale
Centro Studi sul Territorio “Lelio Pagani”
Università degli Studi di Bergamo
E-mail: [email protected]
Tel: 035 205 2449
Dott. Filippo Carlo Pavesi
Coll. Centro Studi sul Territorio “Lelio Pagani”
Università degli Studi di Bergamo
E-mail: [email protected]
1. Introduzione ai
Sistemi Informativi Geografici
Prima di incominciare
la regola del “paradosso”
Vuoi apprendere
l’uso di un GIS?
Spegni il computer!
La dimensione “progettuale” prevale sulla conoscenza
delle “funzioni” di un software
Definizioni – ogni cosa ha il suo nome…
GIS ≠ SIT
GIS: Sistema Informativo Geografico
“il GIS è composto da una serie di strumenti software
per acquisire, archiviare, estrarre, elaborare e
visualizzare dati spaziali del mondo reale” (Burrough, 1986)
SIT: Sistema Informativo Territoriale
Il SIT è un complesso di uomini, strumenti e procedure (spesso informali) che
permettono l'acquisizione e la distribuzione dei dati nell'ambito
dell'organizzazione e che li rendono disponibili, validandoli, nel momento in cui
sono richiesti a chi ne ha la necessità per svolgere una qualsivoglia attività"
(Mogorovich, 1988)
Struttura di un GIS – l’integrazione di sistemi informatici
I GIS nascono dall’integrazione di sistemi informatici:
•Sistemi di gestione delle banche dati alfanumeriche (DBMS)
•Sistemi di elaborazione di informazioni grafiche (CAD)
•Sistemi di processamento di immagini raster (image processing)
•Sistemi di analisi statistica (statistical software)
Cartografia e informazione territoriale - un caso “esemplare”
John Snow e l’epidemia di colera a Soho nel 1854
Studio della correlazione spaziale di fenomeni che agiscono sul territorio
A Londra nel 1854 è in corso una
epidemia di colera che provoca
molti decessi.
Ma qual è la causa?
Io Dott. Snow produce delle mappe
con la localizzazione dei casi di
decesso nei diversi periodi. Grazie a
questo metodo ipotizza la diffusione
dell’epidemia a causa di una pompa
pubblica di distribuzione dell'acqua
nel distretto di Soho.
GIS, non solo cartografie…
Le informazioni geografiche (luoghi sulla superficie terrestre) svolgono un
ruolo importante nel processo decisionale
I GIS sono software che integrano le operazioni tipiche su database
(interrogazione, analisi…) con le analisi di tipo geografico, ovvero uniscono
informazione alfanumerica con informazione spaziale (geoinformazioni)
Rapporto tra GIS e cartografia
I GIS e le Carte lavorano su fenomeni spazialmente referenziati
ma con finalità differenti
GIS ≠ MAPPA
La mappa cartografica è uno dei prodotti (output) del GIS
Da cosa è composto un Sistema Informativo Geografico
Strumenti software
(software gis,
reti, archivi…)
Apparati hardware (computer,
stampanti/plotter, gps…)
Dati (spaziali, immagini…)
Metodi
(procedure di analisi
spaziale…)
Risorse umane (analisti, fruitori…)
Da cosa è composto un Sistema Informativo Geografico
Strumenti software
I software GIS si possono
dividere in due famiglie:
commerciali (ESRI
ArcGIS, MapInfo…) e
“freeware” (Grass, Qgis…)
Apparati hardware
Con hardware si intende il computer
sul quale opera il software GIS inclusi
stampanti, plotter, scanners, tavoli
grafici (digitizers), monitors, reti
Le postazioni hardware assumono
svariate configurazioni, da server
centralizzati a workstation isolate
Da cosa è composto un Sistema Informativo Geografico
Dati
Sono la componente fondamentale di
un sistema informativo territoriale
I dati geografici digitali (vettoriali,
raster, tabelle/database) possono
essere integrati con altri tipi di
risorse informative (mixed-data
system): dati analogici (utilizzabili
tramite digitalizzazione) come
cartografie storiche nel formato
cartaceo, fotografie…
Sostanzialmente si individuano due
tipologie di dati:
Dati spaziali (geometrici, topologici)
Dati non spaziali (tematici, attributi)
Da cosa è composto un Sistema Informativo Geografico
Metodi (procedure applicative)
Acquisizione dati
Restituzione dei dati
Aggiornamento dei dati
Elaborazioni dei dati
Modelli di simulazione
Modelli di rappresentazione
Risorse umane (analisti…)
Come lavora un Sistema Informativo Geografico
Un GIS localizza nello spazio gli oggetti (entità che definiscono i fenomeni del
mondo reale) collegandoli a degli attributi alfanumerici (collocati in una tabella
– database relazionale) e gestendoli come STRATI INFORMATIVI
TEMATICI (layer) che ne identificano le relazioni spaziali
Esistono differenti livelli di complessità di un GIS:
Livello 1 GIS come archivio di dati che operano su
unico layer con analisi e interrogazioni di tipo semplice
Livello 2 GIS organizzato su più layer con operazioni
analitiche più complesse (analisi statistica e spaziale)
Livello 3 GIS che opera con tecniche di
modellizzazione dati più sofisticate, come sistema di
supporto alle decisioni (“Cosa succede se …?”)
Come lavora un Sistema Informativo Geografico
Differenze rispetto al CAD (computer-graphic)
Introduzione a ESRI ArcGIS
http://www.esri.com/
ArcGIS è la suite di prodotti software commerciali di ESRI per la
creazione di un sistema GIS
Software sviluppato da ESRI (Environmental Systems Research Institute) azienda americana
di Redland in California
Attualmente ESRI è l’azienda che si occupa di software GIS che ricopre una posizione
dominante sul mercato (circa il 36% del mercato del software GIS mondiale)
Il Software GIS Desktop è
disponibile in versione free solo per
un periodo massimo di 60 giorni di
prova
http://www.esri.com/software/arcg
is/arcview/eval/evaluate.html
Introduzione a ESRI ArcGIS
La suite ArcGIS è strutturata su 4 "livelli" fra
loro pienamente interoperabili:
Desktop GIS: — I prodotti ArcGIS di tipo
“Desktop” sono gli strumenti principali per la
creazione, la modifica e l’analisi dell’informazione
geografica.
Server GIS: — I prodotti ArcGIS di tipo
“Server” permettono di centralizzare sui server
aziendali le funzionalità GIS affinchè le stesse,
attraverso la rete aziendale o tramite internet,
risultino accessibili ad un vasto numero di utenti.
Mobile GIS : — ArcGIS Mobile, ArcPad e le
funzioni mobile incluse nei prodotti Desktop,
consentono l’utilizzo della tecnologia GIS anche
“sul campo”.
Online GIS: — I servizi ArcGIS Online
consentono un rapido accesso ad una notevole
collezione di mappe e dati cartografici.
Introduzione a ESRI ArcGIS
ArcGIS Desktop
ArcGIS Desktop è una suite di prodotti software scalabili che comprende ArcReader,
ArcView, ArcEditor e ArcInfo
ArcInfo: GIS desktop completo e professionale
che contiene tutte le funzionalità di un GIS,
compresi sofisticati strumenti per il geoprocessing
Arceditor: con potenzialità avanzate di editing e di
creazione dei dati
Arcview: GIS desktop con funzionalità base, ma
che consente un completo utilizzo dei dati a partire
dalla creazione delle mappe fino all’analisi
Arcreader: in maniera gergale può essere definito
come un “pdf cartografico”, l’utente può solo
visualizzare mappe già pronte senza portare
modifiche
Introduzione a ESRI ArcGIS
ArcGIS Desktop
Benché commercializzati separatamente, le tre licenze ArcView, ArcEditor e ArcInfo condividono
la stessa architettura, la stessa interfaccia utente e lo stesso ambiente di sviluppo
E’ possibile aggiungere ulteriori funzionalità attraverso una serie di estensioni di ArcGIS Desktop
(19 estensioni di analisi avanzata). Si possono anche sviluppare estensioni e strumenti personalizzati
per ArcGIS Desktop con gli ArcObjects, la libreria dei componenti software di ArcGIS, usando le
interfacce standard di programmazione Windows, come Visual Basic, .NET e Visual C++.
Introduzione a ESRI ArcGIS
ArcGIS Desktop
Cambiano le funzionalità!
http://www.esri.com/library/brochures/
pdfs/arcgis10-functionality-matrix.pdf
Introduzione a ESRI ArcGIS
ArcGIS Desktop
E cambiano i prezzi!
ArcView Single Use $1,500.00
ArcView Concurrent Use $3,500.00
Introduzione a ESRI ArcGIS
ArcGIS Desktop - ArcView
ArcGIS ≠ ArcView ≠ ArcMap
Struttura di ArcView
ArcMap: permette di vedere, editare e analizzare dati geografici. È
l’interfaccia principale di ArcView
ArcCatalog: permette la navigazione nel GIS datasets. Permette di
visualizzare la struttura dei file, organizzarli, distribuirli, documentarli…
ArcToolbox: contiene strumenti per il geoprocessing (tutti i tool disponibili
secondo la licenza attiva)
ArcScene: visualizzatore dei dati in 3D
Dati cartografici in formato digitale
INTRODUZIONE AI MODELLI,
STRUTTURE E FORMATI DI
DATI SPAZIALI
1) Base
di dati e modelli di DBMS
(componente alfanumerica-tabellare dei dati
spaziali)
2)
Strutture dei dati (vector/raster)
(componente geometrica dei dati spaziali)
3)
Formati di codifica dei dati spaziali
(geodatabase, shp, cad…)
Dati cartografici in formato
digitale
(componente semantica)
Base di Dati
e modelli di DBMS
Base di Dati e Sistemi di Gestione
Un DATABASE (base di dati) è una collezione persistente nel tempo di dati (nonridondanti) correlati e organizzati (in tabelle) in modo da poter essere facilmente
reperiti, gestiti e modificati
con DATO si intende un’informazione codificata in modo da poter essere elaborata
e/o trasmessa; l’informazione ha un significato per chi la riceve finalizzato in un dato
contesto
Un database geografico (geodatabase) di un GIS è definibile come un archivio di
entità territoriali e delle loro relazioni, strutturato in files gestiti da un sistema
(software) Data Base Management System (DBMS) (Sistema di gestione della basi di dati), che
può essere schematizzato come:
DATABASE + SOFTWARE
Il DBMS si occupa dell'aggiornamento (immissione/cancellazione di dati), della
manutenzione (modifica di dati già introdotti) e della consultazione (ricerca, rapporti)
dei dati memorizzati nell’archivio
Perché utilizzare un Database
gestito da un DBMS
L'utilizzo di un database presenta differenti vantaggi:
permette un "uso amichevole" delle procedure di gestione: la gestione avviene con
comandi e menu facilmente intelligibili all'utente, restando nascosti tutti i dettagli
fisici del programma;
evita la programmazione per compiti comuni: il programma incorpora una serie di
funzioni che consentono di svolgere operazioni senza la necessità di un linguaggio di
programmazione;
un database permette di relazionare dati tra loro, ciò che riduce di molto le
duplicazioni (rindondanza dei dati);
riduce i costi: i database sono prodotti standard, per questo risultano più economici
di applicazioni su misura (per le operazioni fondamentali, vi possono essere software
DBMS costosi);
garantisce un certo livello di sicurezza, soprattutto in ambienti multiutente
(mantenimento dell’integrità e della qualità dei dati).
Introduzione ai modelli di Database
(geografico)
Il MODELLO DEI DATI serve a definire come è fatta la banca dati in funzione
degli obiettivi da raggiungere
Esistono differenti MODELLI che ci guidano nell’organizzazione dei dati (all’interno
dei file/tabelle) che costituiscono il Database:
modello gerarchico
modello reticolare
modello relazionale (modello orientato ad oggetti)
Una grande e articolata mole di dati non può essere semplicemente archiviata in un
unico file (o in un’unica tabella) – modello “flat file”
E’ necessario suddividere i dati in più file o tabelle, secondo un’organizzazione
(modello) che il DBMS sia in grado di riconoscere e gestire
Evoluzione dei modelli di Database
File Systems
nei GIS il modello più
usato è quello
relazionale
(orientato ad oggetti)
Network DBMS
Hierarchical DBMS
Relational DBMS
Object-Oriented
Systems (OODBMS)
Object -Relational
ORDBMS
Introduzione ai modelli di Database
DATABASE GERARCHICI (“AD ALBERO”)
i dati sono organizzati in insiemi legati fra loro da relazioni di "possesso", in cui
un insieme di dati può possedere altri insiemi di dati, ma un insieme può
appartenere solo ad un altro insieme. La struttura risultante è un albero di
insiemi di dati. Elementi subordinati a cascata, impossibilità di legami orizzontali
Esempio di
struttura
gerarchica
Introduzione ai modelli di Database
DATABASE RETICOLARI (“NETWORK”)
il modello reticolare è simile a quello gerarchico, nasce come estensione di
quest'ultimo. Anche in questo modello insiemi di dati sono legati da relazioni di
possesso, ma ogni insieme di dati può appartenere a uno o più insiemi. La struttura
risultante è una rete di insiemi di dati. Possibilità di relazioni orizzontali. Eccessive
relazioni
Esempio di
struttura
reticolare
Introduzione ai modelli di Database
DATABASE RELAZIONALI
si basano sul modello relazionale la cui struttura principale è la relazione, cioè una
tabella bidimensionale composta da righe e colonne. Ciascun record (riga) rappresenta
un'entità che noi vogliamo memorizzare nel database. Le caratteristiche di ciascuna
entità sono definite invece dalle colonne (campi) delle relazioni, che vengono chiamate
attributi. Entità con caratteristiche comuni, cioè descritti dallo stesso insieme di
attributi, faranno parte della stessa relazione
Esempio di
struttura
relazionale
Introduzione ai modelli di Database
DATABASE AD OGGETTI (“SEMANTICO”)
BASE DI DATI ORIENTATA AD OGETTI: OODBMS
le loro caratteristiche di estendibilità, derivanti dalla possibilità di definire nuovi tipi
di dati e comportamenti (che vengono inglobati nell’oggetto stesso),li rendono
particolarmente appetibili per tutte quelle applicazioni che richiedono dati complessi,
come ad esempio immagini, suoni o coordinate.
Un oggetto è un elemento o concetto del mondo reale che può essere identificato in
modo univoco: un prodotto, una casa…
Ogni oggetto è costituito dall’insieme dei suoi dati caratteristici (attributi) e dei suoi
comportamenti (metodi, procedure)
Tutti gli oggetti che condividono le stesse proprietà (attributi) e gli stessi
comportamenti (metodi) possono essere raccolti in classi
I metodi è il formato dei dati sono comuni per tutti gli oggetti (istanze) della classe,
mentre il contenuto può differire per ogni oggetto (nuove istanze uguali ma dotate di
una propria individualità)
Introduzione ai modelli di Database
DATABASE AD OGGETTI (“SEMANTICO”)
BASE DI DATI ORIENTATA AD OGETTI: OODBMS
Immagini tratta da Federica Migliaccio
“Sistemi informativi geografici e cartografia”
Rappresentazione di “oggetti topografici” secondo un modello orientato ad oggetti
Introduzione ai modelli di Database
Di recente, da parte dei produttori di DBMS, c’è sempre più la necessità di
realizzare un vero “matrimonio” fra la struttura del modello relazionale con
quello ad oggetti:
il DBMS si presenti esternamente come un
DBMS relazionale orientato ad oggetti (OR-DBMS)
ESRI ArcGIS sviluppa il modello
relazionale orientato ad oggetti (OR-DBMS)
Introduzione ai modelli di Database
DBMS relazione orientato ad oggetti (OR-DBMS)
Esempio di modello di base di dati ibrida: sono presenti oggetti e classi di oggetti
georeferenziati secondo le regole dei modelli ad oggetti; inoltre sono evidenti le relazioni
presenti fra alcuni degli oggetti tipiche del modello relazionale
Immagini tratta da Federica Migliaccio
“Sistemi informativi geografici e
cartografia”
Introduzione ai modelli di Database
Struttura fisica dei dati nei Database geografici (3 generazioni)
1° generazione (elementi grafici ed attributi separati)
2° generazione (elementi grafici ed attributi contenuti in tabelle)
3° generazione (dato geografico diventa ‘oggetto’)
Identificatore unico
Ibrido
I Generazione
Integrato
II Generazione
Coordinate e
Topologia
Tabelle degli attributi
- Database relazionale
(Elementi) – join relazionale– (Attributi)
Database relazionale
Elementi – Classi – Attributi
A oggetti
III generazione
‘oggetti’
Database relazionali
Modello applicato ai dati geografici
Insieme di elementi e regole che ne definiscono le reciproche relazioni
(database che permette di gestire relazioni tra i dati)
elementi
elementi
Relazioni:
sono le regole
(interazioni) che
intercorrono tra le
entità
Elementi:
entità, contengono
informazioni
Database relazionali
struttura delle tabelle
La struttura principale è una tabella bidimensionale composta da righe (record) e
colonne (campi)
I campi registrano gli attributi
(è definito chiave primaria il campo che identifica in modo univoco i record della
tabella)
I record registrano le
entità
(il primo record di una
tabella è detta
intestazione e
contiene il nome dei
campi)
Colonna
(Campo,
Attributo)
Chiave
primaria
intestazione
Riga (Record, Entità)
ID
Nome
Popolazione
1
Adda
naturale
2
Serio
naturale
3
Oglio
naturale
4
Roggia Serio
artificiale
5
Fosso Curna
artificiale
Database relazionali
relazioni fra tabelle
Tabella X
Attraverso un campo in
comune (chiave esterna) tra
due o più tabelle si crea quella
che viene definita
RELAZIONE (join)
Foreign
Key
Tabella Y
A1
B1
B1
C1
A2
B1
B2
C2
A3
B2
B3
C3
Join
La relazione unisce tutti i
record corrispondenti
A1
B1
C1
A2
B1
C1
A3
B2
C2
Tabelle X-Y unite
tramite Join
Database relazionali
Livelli di progettazione
DAL MONDO REALE AL SISTEMA INFORMATIVO
I modelli di dati geografici devono rappresentare le entità presenti nel mondo
reale e le relazioni che intercorrono tra di esse
(sono un’astrazione della realtà)
Schemi per trasformare i concetti (del mondo reale) in rappresentazioni
numeriche dei dati (gestiti da un gis)
Vi sono tre livelli di astrazione del modello dati:
Modello concettuale
Modello logico
Modello fisico
Dal livello esterno
(descrizione in linguaggio
naturale delle entità di
interesse)
al livello interno
(descrizione delle
strutture dati interne al
computer)
Database relazionali
livelli di progettazione
MODELLO CONCETTUALE
Modello più vicino alla realtà, descrive e definisce le entità e le relazioni
interessate (oggetti e processi relativi a un particolare problema)
MODELLO LOGICO
Implementa le entità e le relazioni del modello concettuale in un sistema tramite
diagrammi (modello E/R, sviluppabile da GIS e DBMRS)
L’entità è caratterizzata da una chiave primaria: identificatore univoco che non
deve mai cambiare
Componenti di base del modello E/R: entità, classi di entità, relazioni, attributi,
cardinalità (numero min-max di entità che concorre ad una relazione)
MODELLO FISICO
Descrive in dettaglio i file, le tabelle, dimensioni e tipo di attributi ecc..
È la descrizione di classi di primitive grafiche qualificate (descrizione degli
attributi descrittivi di un singolo layer)
non permette di cogliere la logica delle entità e delle relazioni (in sostanza è la
scheda monotematica di uno strato informativo)
Database relazionali
modello logico - modello E/R
Il Modello (diagramma) Entità-Relazioni Relazioni (ERD) è un modello grafico che
descrive le relazioni che esistono tra i dati memorizzati in un sistema
ENTITA’ (record)
Fenomeno (oggetto) del mondo reale che ha una sua identità complessiva e non può
essere suddiviso in parti ad esso uguali (es. una casa non può essere suddivisa in più
case, ma è suddivisa in più locali); l’insieme delle diverse entità coinvolte nel modello
concettuale rappresenta tutti i fenomeni che devono essere descritti nella base di
dati da progettare
CLASSE DI ENTITA’ (tabelle)
categoria che comprende entità che presentano somiglianze fra di loro (es. tutte le
case che hanno tre locali)
Database relazionali
modello logico - modello E/R
RELAZIONE FRA ENTITA’ (O CLASSI DI ENTITA’)
legame concettuale (connessione) fra due o più entità, di cui interessa tenere
memoria; per ogni relazione viene indicato il numero minimo e massimo di entità
coinvolte (cardinalità della relazione)
(es. tra case e particella catastale esiste una relazione proprietario)
ATTRIBUTI (campi)
caratteristiche proprie e descrittive che accomunano tutte le entità di un
insieme; ogni attributo ha un range di possibili valori caratteristici (es.
proprietario della casa, indirizzo…)
Database relazionali
modello E/R – simbologia strutturale
CLASSE
denominazione
ATTRIBUTO
denominazione
Esemplificazione grafica
corsi d’acqua
1
naturale
artificiale
RELAZIONE
N
corsi d’acqua
nei Comuni
Comuni
N
0
La classe “corsi d’acqua”, che contiene una lista di corsi d’acqua
definiti dagli attributi “denominazione e stato”, costituisce una
relazione 1 a N con la classe “Comuni”
Viceversa, la classe “Comuni” costituiscono una relazione 0 a N
con la classe dei “corsi d’acqua”
Database relazionali
modello E/R – cardinalità
Le relazioni (collegamento logico tra tabelle)
RELAZIONE 1 a 1
Corrispondenza univoca in entrambi i versi: ad ogni record di una tabella A
corrisponde uno e un solo record della tabella B, e viceversa
RELAZIONE 1 a N
Corrispondenza univoca in un solo verso: ad ogni record di una tabella A corrisponde
uno e un solo record della tabella B, ma diversi record della tabella A possono
corrispondere ad un record della tabella B
RELAZIONE N a M
Corrispondenza non univoca in entrambi i versi: ad ogni record di una tabella A
possono corrispondere uno o più record di una tabella B, e viceversa
Database relazionali
cardinalità – tipi di relazioni
Tabella di destinazione
Tabella di origine
Relazione Molti a 1
Relazione 1 a 1
Tabella di destinazione
Relazione 1 a Molti
Tabella di origine
Tabella di destinazione
Tabella di origine
Tabella di destinazione
Relazione Molti a Molti
Tabella di origine
Database relazionali
Query
Una query è uno strumento che consente di effettuare interrogazioni sui contenuti
delle tabelle e anche di eseguire specifiche azioni sui dati
SQL = Structured Query Language
E’ un linguaggio utilizzato per interagire con i database relazionali
È universalmente accettato dai produttori di sistemi per database
(Microsoft Access, Microsoft SQL server, Oracle, IBM DB2 ecc…)
Può essere inglobato in linguaggi di programmazione tradizionali come C,
C++, Java
È in grado di effettuare le diverse operazioni per l’interazione con un
database: interrogazione, inserimento di nuovi dati, modifica di dati
esistenti, eliminazione di dati esistenti
Database relazionali
Query
I DBMS permettono di formulare le query attraverso una interfaccia grafica
(GUI) che ne facilita l’utilizzo
Le interrogazioni SQL hanno una struttura
clausola select - clausola from - clausola where
SELECT * FROM <Layer_name> WHERE
<Field_name> <Operator> <Value or String>
<Field_name> <Operator> <Value or String> <Connector> <Field_name>
<Operator> <Value or String> ...
Il risultato di una query è sempre una tabella di dimensioni minori o al massimo
uguali a quella di origine, che contiene i record che soddisfano le condizioni
definite nella selezione
Dati cartografici in formato
digitale
(componente geometrica)
Strutture dei dati spaziali:
formato Vector
formato Raster
Archiviazione dell’informazione geografica su pc
Cartografia tradizionale
disegno che contiene in forma implicita le coordinate dei punti che costituiscono
l’oggetto da rappresentare (rappresentazione grafica di planimetria e altimetria
su supporto cartaceo)
Cartografia numerica
insieme di coordinate che contiene in forma implicita la rappresentazione sotto
forma di disegno
i dati cartografici in formato digitale contenuti in un database geografico
consentono di mettere in relazione tra loro oggetti e fenomeni (elementi
geografici) offrendo dei vantaggi rispetto alla cartografia cartacea tradizionale
Oggetti: entità fisiche / giuridiche discrete (hanno un limite individuabile)
Fenomeni: eventi che si manifestano in modo continuo (non hanno limiti
individuabili)
Archiviazione dell’informazione geografica su pc
Gli elementi geografici, per essere archiviati e gestiti come base di dati, devono
essere definiti attraverso un modello spaziale
un database geografico è essenzialmente codificato attraverso due strutture di
dati digitali:
Struttura (vettoriale) vector (punti, linee, poligoni)
Utilizzati solitamente per rappresentare oggetti discreti
Struttura (griglia) raster (insieme strutturato di celle uniformi)
Utilizzati solitamente per rappresentare fenomeni continui
È comunque possibile (a volte necessario) utilizzare entrambi i modelli per
rappresentare i medesimi oggetti/fenomeni
Archiviazione dell’informazione geografica su pc
FORMATO VETTORIALE
Nella struttura vettoriale gli oggetti geografici sono descritti da primitive grafiche
(unità spaziali) come punti, linee e poligoni
La memorizzazione dell’informazione spaziale è data dalle coordinate dei punti
significativi che costituiscono gli oggetti geometrici
X₁ Y₁ = punto
X₁ Y₁; X₂ Y₂; Xn Yn = linea
X₁ Y₁; X₂ Y₂; Xn Yn; X₁ Y₁ = poligono
Archiviazione dell’informazione geografica su pc
FORMATO VETTORIALE
I punti non hanno dimensione ma
solo posizione nello spazio
Le linee sono definite da punti
connessi da segmenti (hanno
posizione nello spazio e
lunghezza)
Nodo: punto iniziale e finale
Vertice: punte intermedio
Arco: linea che congiunge due
nodi
I poligoni sono linee chiuse su se
stesse, il punto di partenza e di
fine è lo stesso nodo (hanno
posizione nello spazio, lunghezza
e area)
Centroide: baricentro del
poligono
adimensionali
monodimensionali
bidimensionali
Archiviazione dell’informazione geografica su pc
FORMATO VETTORIALE
Archiviazione dei dati puntuali:
2
1
3
Archiviazione dei dati lineari:
1
2
Archiviazione dei dati poligonali:
1
2
Archiviazione dell’informazione geografica su pc
FORMATO RASTER
Nella struttura raster gli oggetti geografici sono descritti da una griglia
(grigliato) regolare (grid) di celle (pixels) che rappresentano le unità spaziali
minime
estensione della
griglia
valore della cella
righe
2
cella (pixel)
colonne
risoluzione
Archiviazione dell’informazione geografica su pc
FORMATO RASTER
Le dimensioni della griglia sono definite dal numero delle celle
(righe X colonne)
La risoluzione della griglia è definita dalle dimensioni della cella
La memorizzazione dell’informazione spaziale avviene tramite la definizione delle
coordinate X, Y della cella di origine e la dimensione della cella
Rappresentazione
di punti
Archiviazione dell’informazione geografica su pc
FORMATO RASTER
Rappresentazione
di linee
Rappresentazione
di poligoni
Archiviazione dell’informazione geografica su pc
FORMATO RASTER
Schema di assegnazione dei
valori di cella:
•Media dei valori ricadenti
all’interno
•Totale dei valori
•Valore dominante
•Valore più vicino al centro
della cella
Archiviazione dell’informazione geografica su pc
FORMATO RASTER
RISOLUZIONE GEOMETRICA
La risoluzione geometrica di un raster è definita dal numero di pixel per unità
di lunghezza (pixel/mm o dpi – dots per inch)
Immagini tratta da Federica Migliaccio “Sistemi informativi geografici e cartografia”
Maggiore è la risoluzione e maggiore sarà la memoria necessaria per archiviare il
file
Archiviazione dell’informazione geografica su pc
FORMATO RASTER
RISOLUZIONE RADIOMETRICA
La risoluzione radiometrica è la gamma di valori che possono caratterizzare ogni
pixel (numero di bit o intervallo di valori memorizzabile in ogni pixel)
Immagini tratta da Federica Migliaccio “Sistemi informativi geografici e cartografia”
Archiviazione dell’informazione geografica su pc
FORMATO RASTER
Trascrizioni RASTER da CARTOGRAFIA
ANALOGICA
IMMAGINI FOTOGRAFICHE
Caso in cui i valori contenuti nelle celle
corrispondono al colore presente nel
documento cartaceo originale
I valori contenuti nelle celle
corrispondono all’intensità dell’energia
elettromagnetica relativa allo spettro
visibile riflessa dalla superficie terrestre
Si possono distinguere diversi tipi di
immagine a seconda della quantità di
informazione utilizzata per registrare il
tono di colore:
Si possono distinguere diversi tipi di
immagine a seconda della quantità di
informazione utilizzata per registrare il
tono di colore:
1 bit al tratto: b/n (ctr)
8 bit:
scala di grigio (256 toni dal bianco al
nero)
Colore indicizzato (256 colori)
24 bit a colori (RGB, 8 bit per canale):
16,7 milioni di colori
8 bit:
scala di grigio (256 toni dal bianco al
nero)
24 bit a colori (RGB, 8 bit per canale):
16,7 milioni di colori
Archiviazione dell’informazione geografica su pc
FORMATO RASTER
Sostanzialmente esistono due tipologie di dati raster:
IMMAGINI – FORMATO GRAFICO (Jpg; Tiff ecc…)
• Foto aeree
• Foto satellitari
• Immagini acquisite tramite scanner
TEMATICI – FORMATO GRID (Grid ArcInfo)
• Rappresentazioni di “fenomeni” che variano in continuo nello spazio
Archiviazione dell’informazione geografica su pc
FORMATO RASTER
RASTER IMMAGINI
Nelle immagini il pixel rappresenta, generalmente, il valore del modello di
colore Red, Green, Blue - RGB (riflettanza)
Valore di
riflettanza
Valore di
riflettanza
O-255
RGB
Archiviazione dell’informazione geografica su pc
FORMATO RASTER
RASTER GRID
I raster grid sono concettualmente differenti dalle immagini; sono idonei
alla rappresentazione di fenomeni che variano gradualmente nello spazio.
Le celle hanno valori numerici archiviati in una tabella (VAT)
Valore
integer
4-14
Archiviazione dell’informazione geografica su pc
CONFRONTO TRA I DUE MODELLI
“raster is faster but vector is corrector” Joseph Berry
MODELLO VETTORIALE
Vantaggi:
• La struttura dei dati (volume di dati) è più compatta
• Permette misure accurate per aree e distanze
• La topologia è più efficiente
• Permette varie analisi topologiche e le effettua con facilità
• E’ il modello più vicino alla rappresentazione manuale delle carte
Svantaggi:
• La struttura dei dati è più complessa da trattare
• L’acquisizione dei dati richiede più tempo
• Operazioni di Overlay difficili da implementare
• Non è possibile rappresentare fenomeni spaziali continui: la rappresentazione
della variabilità spaziale è inefficiente
• Richiede una complessità di elaborazioni per l’analisi spaziale: non permette di
operare con i dati acquisiti da sistemi digitali
Archiviazione dell’informazione geografica su pc
CONFRONTO TRA I DUE MODELLI
“raster is faster but vector is corrector” Joseph Berry
MODELLO RASTER
Vantaggi:
• Il modello di dati è semplice (matrice 2d)
• E’ efficiente l’analisi spaziale e le operazioni di overlay sono semplici da
effettuare
• E’ ideale per fenomeni spaziali continui
• E’ il modello con cui vengono acquisiti e trattati i dati digitali
Svantaggi:
• La struttura dei dati è poco compatta. Ridondanza di informazioni nelle aree
omogenee, grandi quantità di dati da archiviare
• Relazioni topologiche difficili da rappresentare
• Accuratezza limitata per i dati spaziali (dipende dalla dimensione del pixel)
• L’output grafico può essere non esteticamente accettabile
• Strutture lineari distorte
Archiviazione dell’informazione geografica su pc
CONFRONTO TRA I DUE MODELLI
“raster is faster but vector is corrector” Joseph Berry
PARAMETRI
MODELLO VETTORIALE
MODELLO RASTER
Volume di dati
Struttura dati più compatta
Struttura dati meno compatta
Generalizzazione
La generalizzazione è complessa
La semplificazione del dato è immediata
Aspetti topologici
La struttura topologica è molto
efficiente per l’analisi dei dati
Le relazioni topologiche sono difficili da
gestire
Accuratezza
Accuratezza elevata
Accuratezza condizionata dalla
discretizzazione del dato
Efficienza di elaborazione
La manipolazione del dato può
essere complessa
La manipolazione è più semplice e
intuitiva
Tecniche di overlay
La sovrapposizione di layer è
complessa ma accurata
La sovrapposizione di layer è intuitiva ma
approssimata
Tecniche di buffering
Molto efficienti ed accurate
Imprecise, poco usate
Map Algebra
Struttura dati non idonea per la
Map Algebra
Ideale per lo sviluppo di analisi avanzate
tramite operatori e funzioni
Image processing
Struttura dati non idonea per la
gestione di immagini
L’elaborazione di immagini è propria della
struttura dati raster
Modelli digitali di elevazione
La creazione di DEM è complessa
ma più accurata
La creazione di DEM è più semplice ma
approssimata
Visualizzazione
Visualizzazione veloce senza
richiedere hardware specifico
Visualizzazione lenta che richiede schede
grafiche specifiche
Dati cartografici in formato
digitale
Formati di codifica
dei dati spaziali
Formati dei file usati in ambiente GIS
Formati vettoriali
e raster
Noi utilizzeremo
formati vettoriali
proprietari
ArcGIS lavora con
numerosi formati di dati
(Data Interoperability –
lavora con oltre 100
formati di dati spaziali)
Formati dei file usati in ambiente GIS
Modello SHAPEFILE
Uno shapefile è un formato di archiviazione non topologico di dati vettoriali che ne
registra localizzazione, forma e attributi. È composto da un set di files relazionati
contenente una sola collezione omogenea di oggetti (punti, linee, poligoni)
•Formato creato con la prima versione del software ESRI ArcView
•È completamente gestibile con ArcGIS (a ogni livello di licenza)
•Non supporta la topologia: non usa la struttura arco-nodo (es. linee connesse senza
nodo comune, poligoni adiacenti senza archi comuni)
•Tutti i file devono avere lo stesso prefisso
•“Superato” dal modello GEODATABASE, viene utilizzato prevalentemente per piccole
banche dati (limite 2 GB per componente dello shapefile) e per lo scambio/condivisione
tra utenti di differenti piattaforme GIS
Formati dei file usati in ambiente GIS
Modello SHAPEFILE
È costituito da 3 file di base:
<nomefile>.SHP = “main” file, shape con lista di vertici (contiene le informazioni
geometriche “feature geometry”)
<nomefile>.DBF = contiene gli attributi (informazione tabellare) nello stesso ordine
delle “shapes” nel main (esiste una relazione “one to one” tra le features e gli attributi
<nomefile>.SHX = file indice che mantiene il raccordo tra geometria e informazione
tabellare (puntatori “offsets” alle “shapes”)
Vi sono inoltre dei files ausiliari (accessori), uno dei più importanti è <nomefile>.PRJ
che contiene il sistema di riferimento e proiezione
Altri file accessori:
indici spaziali (.sbn; .sbx; .fbx; .fbn)
indici di attributo (.ain; .aih)
metadati (.xml)
Formati dei file usati in ambiente GIS
Modello SHAPEFILE
File
contenente
le geometrie
(*.shp)
File di
indici
Identificatore
univoco
(*.shx)
Tabella del
database
(*.dbf)
Formati dei file usati in ambiente GIS
Modello GEODATABASE
Formati dei file usati in ambiente GIS
Modello GEODATABASE
Il Geodatabase e' una struttura di memorizzazione aperta dedicata alla gestione
di dati GIS (geometrie, tabelle ed immagini) all'interno di un DBMS (Database
Management System).
Il Geodatabase segue il fondamentale modello dati in cui ogni oggetto ed i suoi
attributi sono memorizzati in una riga di una tabella. Ogni oggetto rappresenta una
entità spaziale o entità del mondo reale che deve essere gestita dal GIS (ad esempio
una particella catastale, un edificio, un fiume,
un cliente).
Un insieme costituito da "Feature" (oggetti) memorizzate in una tabella di un
DBMS e' chiamata "Feature Class". Insiemi di Feature Class collegate tra loro
che condividono lo stesso sistema di riferimento spaziale possono essere
memorizzate in strutture a livello gerarchico superiore, chiamate "Feature
Dataset".
Ogni Feature (oggetto) in un Geodatabase contiene l'informazione sulla geometria
(Shape) e puo' esistere come una entita' a se stante.
La capacita' di memorizzare in modo completo la geometria e' uno dei vantaggi del
modello geodatabase, rendendo sempre disponibile la Feature per la
visualizzazione o per analisi
Formati dei file usati in ambiente GIS
Modello GEODATABASE
Perché usare un File Geodatabase
Formati dei file usati in ambiente GIS
Modello GEODATABASE
Vantaggi di un Geodatabase:
•Gestione e organizzazione dei dati di database filebased
•Compilazione degli attributi più “integra” e facilitata mediante domini e
sottotipi
•Campi shape_lenghth e shape_area per il calcolo automatico e dinamico di
superfici e lunghezze
•Gestione e validazione della topologia
•Importazione e conversione di altri formati (shapefile, coverage, CAD, raster)
•Importa/esporta Geodatabase XML (trasferimento schema/schema+features)
Formati dei file usati in ambiente GIS
Modello GEODATABASE
3 tipi di GEODATABASE
Personal Geodatabase (.mdb)
Memorizzato su un file Access
Limite di 2 GB
File Geodatabase (.gdb)
Memorizzato come cartella su disco
Limite di 1 TB
Riduce lo spazio di storage
ArcSDE Geodatabase
Dati in un enterprise RDBMS
Editing multiutente (versions)
Richiede uso di ArcSDE
relational database
management systems
(RDBMS)
Supportati da ArcSDE
Arcinfo/arcview
sde
rdbms
Formati dei file usati in ambiente GIS
Modello GEODATABASE
Costruzione di un geodatabase:
– Progettazione del geodatabase
(Think before your create)
– Creazione di un nuovo geodatabase
– Definizione della struttura del geodatabase
(solamente nome e posizione)
(Schema e dati)
– Inserimento dei dati spaziali
(caricamento o importazione)
– Definizione di proprietà addizionali
(Validazione, relazioni, reti)
Formati dei file usati in ambiente GIS
Modello GEODATABASE
Formati dei file usati in ambiente GIS
Modello GEODATABASE
Aspetti avanzati
Domini
Aiutano nella compilazione del database permettendo di ottenere dati più
“integri” (valori codificati per le tabelle)
Vengono predisposti a livello di Geodatabase e utilizzati su singoli campi
degli attributi di una Feature Class
2 tipi di Domini
1. Coded: valori codificati per attributi di tipo categoriale
2. Range: valori minimo e massimo ammissibile
Gestiscono Split e Merge Policies
Sottotipi
Suddivisione della Feature Class in sottoinsiemi (sottotipi) mediante la codifica di un
campo numerico (long/short integer)
Ciascun sottotipo può avere i suoi valori di default ed i suoi domini
Compilazione facilitata degli attributi
Rappresentazione diretta del dato mediante simbologia
Formati dei file usati in ambiente GIS
Modello GEODATABASE
Aspetti avanzati
SPATIAL REFERENCE
•Coordinate system
Coordinate system
•Spatial domain
Sistema di proiezione e parametri
•Precision
(GCS/PCS - Datum, meridiano centrale,
paralleli, falso nord e est)
Precision
Il numero della unità del sistema per
una unità di misura.
La precisione determina la risoluzione
della mappa (geodatabase)
Spatial domain
– Per esempio: map unit è in metri
• Precisione di 1:1 significa una
risoluzione di 1 metro
• Precisione di 1000: 1000 significa una
risoluzione di 0.001 metro ovvevo 1
millimetro
– X/Y Domain: MinX, MaxX, MinY, MaxY
– Z Domain: Min, Max
– M Domain: Min, Max
Resolution = Map unit / precision
Il range di coordinate ammissibili per le
coordinate geografiche
Formati dei file usati in ambiente GIS
Modello CAD
Computer-aided design (CAD) è un file di disegno digitale in formato vettoriale
utilizzato in svariati settori (specialmente a livello di progettazione
architettonica)
ArcGIS supporta i
seguenti formati CAD:
AutoCAD: .dwg; .dxf;
MicroStation: .dgn
Formati dei file usati in ambiente GIS
Modello CAD
CAD dataset
CAD feature classes
Formati dei file usati in ambiente GIS
Modello CAD
Traslazione tra entità CAD e CAD feature class
Formati dei file usati in ambiente GIS
Modello CAD
Traslazione tra struttura CAD e struttura GIS
STRUTTURA VETTORIALE GIS
STRUTTURA VETTORIALE CAD
Tutti i punti delle entità sono georeferiti (coordinate
geografiche; cerchio definito da una sequenza fisica di
punti)
Gli elementi sono in coordinate planimetriche e possono
essere costruiti parametricamente (cerchio definito
dal centro e dal raggio)
Le strutture topologiche per mettono di associare alle
entità attributi descrittivi
Alle entità sono associati solo attributi sul tratto e sul
colore
Le strutture topologiche permettono analisi spaziali
La struttura grafica è finalizzata alla sola restituzione
dei dati
