GIS Sistemi Informativi Geografici - dic.unipi.it Prof... · Sistemi Informativi Geografici 1 GIS Sistemi Informativi Geografici • Sono strutture di tipo informatico efficaci per

Sistemi Informativi Geografici 1

GISSistemi Informativi Geografici

• Sono strutture di tipo informatico efficaci per organizzare,archiviare, analizzare, rappresentare l’informazionegeografica, quella cioè relativa a

fenomeni spazialmente referenziati e interconnessi(città, strade, aree amministrative, boschi, colture, ecc.)

• Le strutture fisiche e le loro posizioni sono definite da datigeometrici (punti, linee, aree, superfici, volumi), associati aclassificazioni e ad attributi (valori).

• Organizzazioni interessate:- enti cartografici - amministrazioni locali- compagnie commerciali - telecomunicazioni- distribuzione acqua, gas, elettricità, ecc.


GIS CARTE

efficaci per organizzare,archiviare, analizzare,

rappresentare datispazialmente referenziati

efficaci per identificare evisualizzare fenomeni

spazialmente referenziati, eper comprendere relazioni di

tipo spaziale

La carta può essere considerata comeuno dei prodotti (output) di un GIS


SCOPI:• controllo sviluppo di una regione (ambito urbanistico)• controllo dell’assetto del territorio• supporto alle decisioni (ambito urbanistico, industriale,

attività del tempo libero, . . .)• pianificazione (combinazione di diversi tipi di dati spaziali

in un unico sistema, insieme a dati di altro tipo, es.legislazione vigente)

• manutenzione strade e autostrade• gestione reti tecnologiche (acquedotto, gas, elettricità, . . .)• pianificazione soccorsi

Uso dei GISda parte dell’amministrazione pubblica


Configurazione minima per lagestione di un GIS di bassolivello




Addestramento


• Livello 1– Archivio di dati consistente e completo (unico layer, inseribile

in un altro sistema)– Analisi e interrogazioni di tipo semplice

• Livello 2– Organizzazione di più layer di dati– Operazioni analitiche più complesse

(analisi statistica e spaziale)• Livello 3

– Tecniche di modellizazione dati più sofisticate– Sistema di supporto alle decisioni (“Cosa succede se …?”)

Livelli di complessità dei GIS


Esempio diinterrogazione

a un GIS


BASE di DATI sistema di archiviazione “intelligente”,che permette la gestione di grandi e complesse quantitàdi dati in vista di obiettivi prestabiliti e il loro recupero edelaborazione mediante interrogazione da parte dell’utente.

Una base di dati include:• informazioni di tipo spaziale (rappresentano la geomentria

delle entità geografiche tramite coordinate di punti);• informazioni non spaziali (semantiche o statistiche), per la

descrizione delle entità geografiche che compongono ilterritorio;

• informazioni sulle relazioni reciproche fra le diverse entità.

Cosa c’è nella base di dati di un GIS


BASE di DATI sistema di archiviazione “intelligente”,che permette la gestione di grandi e complesse quantitàdi dati in vista di obiettivi prestabiliti e il loro recupero edelaborazione mediante interrogazione da parte dell’utente.

I dati inseriti in una base di dati sono in formato digitale:• perché direttamente acquisiti in forma digitale

(acquisizione primaria), oppure• perché digitalizzati a partire da carte esistenti (acquisizione

secondaria)e richiedono un supporto di tipo informatico.

Cosa c’è nella base di dati di un GIS


L’informazione georeferenziata

COMPONENTE SPAZIALE

• dove sono gli oggetti

• qual è la loro forma

• quali interazionisussistono fra di essi

COMPONENTE SEMANTICA • attribuisce significatoai dati

COMPONENTE STATISTICA • quantifica il valoredei dati


La componente spaziale descrive:• DOVE sono gli oggetti del mondo reale, in termini

– nominali– metrici– di relazioni spaziali

• QUAL E’ la forma degli oggetti e dei fenomeni, nel sensodi una descrizione– qualitativa– quantitativa

di forme e strutture• ASSOCIAZIONI e INTERAZIONI fra gli oggetti

(fenomeni)

L’informazione georeferenziata:COMPONENTE SPAZIALE


Le posizioni deglioggettivengonoespresse intermini diprimitivegeometriche

DOVE SONO GLI OGGETTI


• Le primitive geometriche possono anche essere usate perrappresentare fenomeni continui tramite dati campionati inmaniera discreta:– osservazioni puntuali si possono usare per rappresentare ad esempio:

temperature,livelli di rumore,tipi di terreno, ecc.

– linee possono essere usate per descrivere confini tra fenomeni fisici, o ilpercorso di strade, fiumi, ecc.

– aree possono essere usate per rappresentare elementi naturali (foreste,laghi, ecc.) oppure regioni amministrative.

DOVE SONO GLI OGGETTI


• Semplici misure di lunghezzearee direzioni angolarivolumi pendenze di superfici

(o calcoli desunti da coordinate)• Analisi qualitative dei dati

quantitative

QUAL E’ LA FORMA DEGLI OGGETTIDescrizione di forme e dimensioni

Definizione diparametri statistici


RELAZIONI SPAZIALIfra gli oggetti

Relazioni topologiche

sono indipendentidall’orientamento spaziale

Relazioni di direzione

sono dipendentidall’orientamento spaziale

Relazioni di prossimità

descrivono distanze intermini qualitativi o

quantitativi


RELAZIONI TOPOLOGICHE

Vengono definite inbase alleprimitivetopologiche (siconfrontino conle primitivegeometrichecorrispondenti)



• Esempi di relazioni topologichedi prossimitàdi direzione



• Un GIS si dicetopologicamente strutturato

se nel suo modello spaziale vengono esplicitamenteregistrate le relazioni topologiche fra gli oggetti descritti, enon solo la descrizione geometrica (coordinate) deglioggetti

Esempio:adiacenza fra areedeve essere registrata in termini di codici di poligoniassociati al lato sinistro e destro di un arco


POLIGONO SINISTRO POLIGONO DESTRO

Esempio ditabellaArcView:l’adiacenzafra aree èregistrata intermini dicodici dipoligoni associati allato sinistro edestro di unarco.


• E’ la disciplina matematica che si occupa di connessione eadiacenza di punti e linee e che permette quindi dianalizzare le relazioni spaziali fra dati geografici.

• Una struttura dati topologica determina esattamentecome e dove sono connessi punti e linee su una cartanumerica per mezzo di congiunzioni topologiche, dettenodi.

• La teoria dei grafi è lo strumento utilizzabile per rendereconsistente una carta numerica descritta per mezzo diprimitive geometriche: qualsiasi aggiornamento della cartadovrà rispettare i vincoli topologici imposti alle varie entitàgeografiche coinvolte.

TOPOLOGIA


• Perché in molti casi la descrizione geometrica di un territorio non èsufficiente a garantire l’assenza di inconsistenze nella suarappresentazione.

• Ad esempio, se varia la scalanominale della rappresentazionedigitale, si possono produrreinconsistenze, comein questo caso

• I vincoli topologici vanno quindi inseriti per garantire la consistenzadella rappresentazione digitale.

Perché occorre la topologia


Un esercizio di topologiaDescrivere geometria e topologia della carta riportata in figura

GEOMETRIA DEGLI ARCHIARCO COORDINATEl1 1.5, 4.0 0.0, 4.0 0.0, 0.0l2 0.0, 0.0 7.0, 0.0l3 7.0, 0.0 7.0, 3.2l4 7.0, 3.2 7.0, 4.0 1.5, 4.0l5 0.0, 0.0 1.5, 3.0l6 1.5, 3.0 1.5, 4.0l7 1.5, 3.0 4.0, 1.5l8 7.0, 3.2 4.0, 1.5l9 4.0, 1.5 7.0, 3.2

GEOMETRIA DEI NODINODO X YA 0.0 0.0B 1.5 4.0C 1.5 3.0D 4.0 1.5E 7.0 3.2F 7.0 0.0

GEOMETRIA


Un esercizio di topologiaDescrivere geometria e topologia della carta riportata in figura

TOPOLOGIA DEI NODINODO ARCHIA l2, -l5, -l1B -l4, -l6, l1C l5, l6, l7D -l7, -l8, l9E -l9, -l3, l4F -l2, l3, -l8

TOPOLOGIA DEI POLIGONIPOLIGONO ARCHIa l1, -l5, l6b l4, -l6, l7, l9c l2, l8, -l7, l9d l3, -l8, -l9e l1, l2, l3, l4

TOPOLOGIA DEGLI ARCHIARCO NODO

INIZIALENODOFINALE

POLIGONOSINISTRO

POLIGONODESTRO

l1 B A e al2 A F e cl3 F E e dl4 E B e bl5 C A a cl6 C B b al7 C D c bl8 F D d cl9 D E d b

TOPOLOGIA


• Serve per attribuire significato ai dati che rappresentanole entità geografiche.

• Contienedescrizioneinterpretazione

• Il modo standard di descrivere le entità geografiche è datoda una

classificazione per categoriedi tipo gerarchico, formata da classi e sottoclassi, a cuisono associati ben definiti codici codifica

L’informazione georeferenziata:COMPONENTE SEMANTICA

dei dati


Esempi di codifica

01 Comunicazioni ferroviarie0101 Ferrovie ordinarie0102 Tramvie0103 Ferrovie particolari0104 Edifici e manufatti per il traffico ferroviario…… ……………………………….

04 Idrografia0401 Acque correnti naturali040101 Fiumi040102 Torrenti0402 Canali artificiali…… ……………….

03 Edifici e costruzioni stabili0301 Edifici di abitazione…… …………………0302 Edifici di culto030201 Chiese030202 Cappelle030203 Oratori……… ………………...

Esempi diclassificazione ditipo gerarchico


Esempi dicodifica:CORINE

Land Cover

Level 1 Level 2 Level 3

1.1 Urban fabric 1.1.1 Continuous urban fabric1.1.2 Disontinuous urban fabric

1.2 Industrial, commercial and transport units

1.2.1 Industrial or commercial units1.2.2 Road and rail networks and associated1.2.3 Port areas1.2.4 Airports

1.3 Mine, dump and construction sites

1.3.1 Mineral extraction sites1.3.2 Dump sites1.3.3 Construction sites

1 Artificial surfaces

1.4 Artificial non-agricultural vegetated areas

1.4.1 Green urban areas1.4.2 Sport and leisure facilities

2.1 Arable land 2.1.1 Non irrigated arable land2.1.2 Permanently irrigated land2.1.3 Rice fields

2.2 Permanent crops 2.2.1 Vineyards2.2.2 Fruit trees and berry plantations2.2.3 Olive groves

2.3 Pastures 2.3.1 Pastures

2 Agricultural areas

2.4 Heterogeneous agricultural areas

2.4.1 Annual crops/permanent crops2.4.2 Complex cultivation patterns2.4.3 Land pricipally occupied by agriculture, with significant areas of natural vegetation2.4.4 Agro-forestry areas3.1.1 Broad-leaved forests3.1.2 Coniferous forests

3.1 Forests

3.1.3 Mixed forests3.2.1 Natural grassland3.2.2 Moors and heathland3.2.3 Schlerophyllous vegetation

3.2 Shrub and/or herbaceous vegetation associations

3.2.4 Transitional woodland-shrub3.3.1 Beaches, dunes and sand plains3.3.2 Bare rock3.3.3 Sparsely vegetated areas3.3.4 Burnt areas

3 Forests and semi-natural areas

3.3 Open spaces with little or no vegetation

3.3.5 Glaciers and perpetual snows4.1.1 Inland marshes4.1 Inland wetlands4.1.2 Peatbogs4.2.1 Salt-marshes4.2.2 Salines

4 Wetlands

4.2 Coastal wetlands

4.2.3 Intertidal flats5.1.1 Water courses5.1 Inland waters5.1.2 Water bodies5.2.1 Coastal lagoons5.2.2 Estuaries

5 Water bodies

5.2 Marine waters

5.2.3 Sea and ocean

Classificazione dellecoperture del suolo (“landcover”), unificata a livelloeuropeo.

Anche questa è unaclassificazione di tipogerarchico, che dà luogo auna codifica univoca per lediverse classi di coperturadel suolo.


• La modellizzazione delle entità geografiche richiede dimisurare gli elementi che le descrivono

• Attenzione!Le misure possono essere fatte in base a diverse scale dimisura:– scala nominale– scala ordinale– scala per intervalli– scala per rapporti

L’informazione georeferenziata:COMPONENTE STATISTICA

crescenteprecisionedescrittiva


Usare una scala di tiponominale significadistinguere leentità solo in basea considerazioni ditipo qualitativo: inpratica si tratta dieseguire unaclassificazione.

Esempio di carta in cuigli elementi diinteresse sonorappresentatisecondo una scala ditipo nominale

Scala nominale


Le entità vengonovalutate (all’internodi una determinatacategoria)confrontandole fradi loro solo intermini qualitativi.

I numeri che vengonousati per lavalutazione(“misurazione”)delle entità nonpossono essereutilizzati per calcoliaritmetici.

Scala ordinale

Esempio

Valutazione di un terreno agricolo in base a unascala ordinale:

Categoria 1 Terreno molto fertileCategoria 2 Terreno fertileCategoria 3 Terreno mediamente fertileCategoria 4 Terreno poco fertileCategoria 5 Terreno di scarsa qualità

In base a questa valutazione (che è anche unmodo di “classificare” il terreno) si può costruireuna “Carta della fertilità del suolo per usiagricoli”.


Ha significato usare unascala per intervalli perquantificaredifferenze fra leosservazioni (in questocaso i rapporti nonhanno significato).

Viene fissata un’unità dimisura, ma il valorezero è arbitrario.

Esempio:scala delle temperature

Scala per intervalli

(http://viz.globe.gov)


In questo caso legrandezze vengonorappresentate in modointrinsecamentesignificativo.

Anche in questo casoviene fissata un’unitàdi misura.

Il valore zero significaassenza delfenomeno.

Esempi:• lunghezza di fiumi• superficie di Comuni• pendenze del terreno

Scala per rapporti

Lunghezze e aree definite in basea una scala per rapporti.


• I dati di tipo statistico che descrivono entità cartografichepossono subire trasformazioni:– calcolo di indici statistici quali minimi, massimi, medie,

mediane, ecc.– esempi: numero di abitanti per km2

temperature medie mensilireddito pro capitependenze medie del terreno

• In questo caso, si deve verificare che i dati da elaborare– siano rappresentati nella stessa unità di misura– siano stati precedentemente trattati nello stesso modo– rappresentino lo stesso tipo di informazione

COMPONENTE STATISTICATrasformazione di dati

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