Lez. 4 - Corso di modelli e GIS per l'ambiente

Universita` degli Studi della BasilicataDipartimento di Ingegneria e Fisica dell'Ambiente (DIFA)

Creare una nuova location in GRASS GIS

Ing. Margherita Di Leo

Concetti intoduttivi

● Per lavorare con GRASS, e` necessario conoscere a priori la proiezione ed il sistema di coordinate in cui stiamo lavorando, perche` tali informazioni

sono necessarie per definire la location.

La forma della Terra

● L'ellissoide (o sferoide) e` una superficie definita matematicamente che approssima la forma reale

della Terra con un errore accettabile.

● Esistono diversi ellissoidi di riferimento, che approssimano meglio una data zona piuttosto che

un'altra.

● Gli ellissoidi di riferimento sono usati comunemente come superficie di riferimento per definire una rete geodetica e qualunque punto dello spazio di cui sia definita la latitudine, la

longitudine e l'elevazione sull'ellissoide.

La forma della Terra

● Il geoide e` definito come la superficie equipotenziale della forza di gravita` terrestre e

corrisponde al livello medio del mare.

● Per le proiezioni cartografiche, si utilizza un ellissoide di riferimento per il posizionamento

orizzontale, mentre per il calcolo esatto della quota e` necessario utilizzare il geoide.

Il datum geodetico

● Il datum geodetico e` un set di costanti che definiscono il sistema di coordinate utilizzato per il

posizionamento sulla superficie terrestre.

● Il datum orizzontale definisce l'origine e l'orientazione del sistema di posizionamento

orizzontale.

● Il datum verticale definisce l'origine del sistema in riferimento al calcolo della quota (livello medio

mare).

Il datum geodetico

● Per sovrapporre due o piu` mappe, e` necessario che i loro rispettivi datum coincidano.

● In caso contrario, le origini dei loro sistemi di riferimento risultano traslati, e di conseguenza le

mappe risultano traslate tra di loro.

Le proiezioni cartografiche

● Quindi, il sistema geodetico di riferimento e` un sistema per indicare dove si trova un oggetto sulla

superficie terrestre.

● Generalmente si esprimono due dati, la longitudine e la latitudine.

● Una proiezione cartografica e` il risultato di trasformazioni geometriche, matematiche o

empiriche di punti geografici espressi in coordinate geografiche in punti espressi in

coordinate cartesiane.

Le proiezioni cartografiche● Le proiezioni vengono usate per rappresentare su un piano (con le carte geografiche) un fenomeno che nella realta` esiste

sulla superficie dell'ellissoide terrestre.

● E` impossibile evitare deformazioni.

● Le proiezioni cartografiche possono essere costruite e classificate in modo da possedere alcune proprieta`. Ad

esempio una proiezione può essere:

● equivalente se mantiene i rapporti tra le superfici, cioè se le superfici sono in scala;

● equidistante se mantiene i rapporti tra le distanze da un punto (o da due punti, ma e` impossibile costruire carte con

tutte le distanze in scala);

● conforme (o equiangola, o isogonale) se mantiene gli angoli.

Le proiezioni cartografiche

● Le proiezioni cartografiche possono essere classificate anche in funzione del tipo di proiezione

con cui vengono ottenute.

● La proiezione di sviluppo si ottiene per proiezione prospettica su un altro solido (tipicamente un cilindro

o un cono), che viene poi sviluppato ("srotolato").

● La proiezione azimutale si ottiene per proiezione prospettica su un piano tangente e mantiene gli

angoli rispetto al punto di tangenza.

Le proiezioni cartografiche● In funzione del punto di tangenza, la proiezione e`:

* polare se il punto e` uno dei due poli;

* equatoriale se il punto e` sull'equatore;

* obliqua altrimenti.

● In funzione del punto di proiezione puo` essere:

* gnomonica (o centrografica), rispetto al centro della terra;

* stereografica, rispetto al punto opposto al punto di tangenza;

* scenografica, rispetto ad un punto fuori dalla terra;

* ortografica, rispetto al punto ad infinito.

Nota bene!

● Oltre al tipo di proiezione utilizzata, per individuare univocamente un punto sulla superficie terrestre e` anche importante

specificare il sistema geodetico, ovvero il datum.

Sistemi di riferimento nazionali

I sistemi geodetici di interesse per il territorio italiano sono prevalentemente i seguenti:

● Catastale;● Roma 40;● European Datum 1950 (ED 50);● World Geodetic System 1984 (WGS 84).

Sistema di riferimento catastale

Il sistema catastale teoricamente non e` piu` in uso.

● La rappresentazione e` la Cassini-Soldner, di tipo policentrico, con 849 origini dislocate su tutto il territorio nazionale.

● Il geoide di riferimento e` quello di Bessel, orientato a Genova, Istituto Idrografico della Marina (definizione astronomica 1902).

Sistema di riferimento Roma 40● L'ellissoide di riferimento e` quello di Hayford, orientato a

Roma Monte Mario (definizione astronomica 1940).

● Per la rappresentazione cartografica e` stata adottata la rappresentazione conforme di Gauss-Boaga, con fattore di scala di 0.9996.

● Esistono due proiezioni distinte: fuso Ovest e fuso Est, che differiscono per la scelta dei meridiani di riferimento. Essi sono posti rispettivamente a 9° e a 15° ad Est di Greenwich. Ciascuna proiezione copre una zona di longitudine ampia 6°, separate dal meridiano posto a 12°.

● Il sistema Roma40 e` ancora utilizzato per fini geodetici e topografici e a esso e` riferita la rete italiana fondamentale di triangolazione, la Carta d’Italia al 100'000 e al 25'000.

● La maggior parte della cartografia tecnica regionale e` inquadrata in tale sistema di riferimento.

Sistema di riferimento ED 50● L'ellissoide di riferimento e` rimasto quello di Hayford, ma il

suo orientamento rispetto alla superficie terrestre e` cambiato leggermente, utilizzando come nuovo riferimento un vertice a Potsdam, nei pressi di Berlino.

● Per la proiezione cartografica, al sistema geodetico ED 50 e` stata associata la proiezione UTM (Universale Trasversa di Mercatore), basata sulla rappresentazione conforme di Gauss.

● Il fuso Ovest viene sostituito dal fuso 32 UTM e il fuso Est viene sostituito dal fuso 33 UTM. In ogni fuso di riferimento viene assegnato al meridiano centrale un falso est pari a 500000 m, per questo motivo nel sistema UTM non e` possibile desumere il fuso semplicemente osservando il valore di longitudine.

Sistema di riferimento WGS 84

● Un ulteriore aggiornamento e` derivato dall'introduzione del datum WGS 84 (per la precisione il WGS 84 in Europa si materializza nel sistema ETRF89).

● Il nuovo sistema e` giustificato dall'introduzione del sistema GPS e dalla necessità di armonizzare a livello globale il datum.

● In questo caso varia sia l'ellissoide sia l'orientamento.

I codici EPSG● Il comitato European Petroleum Survey Group ha

assegnato dei codici per identificare in modo univoco i sistemi di riferimento geodetici adottati nelle varie realta` nazionali (vedi: http://www.epsg-registry.org/).

● In particolare, per l'Italia:

* Al sistema Gauss-Boaga / Roma 40 sono stati assegnati i seguenti codici: EPSG 3003 (fuso Ovest) e EPSG 3004 (fuso Est).

* Al sistema ED 50 / UTM zona 32 corrisponde il codice 23032, alla zona 33 corrisponde 23033.

* Al sistema WGS 84 / UTM zona 32 corrisponde il codice 32632, alla zona 33 corrisponde 32633.

La gestione dei dati● GRASS data:

E` la cartella contenente le location.

● Location:

Ogni LOCATION e` definita da una proiezione, e puo` contenere uno o piu` MAPSET. Ogni location contiene sempre un mapset speciale, denominato PERMANENT, che serve per conservare la cartografia di base.

● Mapset:

Contiene le mappe e i dati.

GRASS DATA SET GRASSDATA

MAPSET

UTM33WGS84 UTM33ED50Gauss-

BoagaRoma40FusoEst

PERMANENT PERMANENT PERMANENT

USER1 USER2 USER1 USER1

La gestione dei dati

LOCATION

La gestione dei datiVantaggi:

● E` un sistema avanzato pensato per permettere a piu` utenti di lavorare sullo stesso dataset contemporaneamente.

● Consapevolezza: abbiamo sempre presente in che sistema di coordinate stiamo lavorando.

● Ordine: utile anche per gli utenti tendenzialmente piu` disodinati.

Regola d'oro:

Importare la cartografia di base nel mapset PERMANENT e creare un nuovo mapset da utilizzare come cartella di lavoro.

I metodi per creare una location:

● Selezionare i parametri del sistema di coordinate da una lista;● Tramite codice EPSG;

● Leggere la proiezione e il datum da un file georeferenziato;

● Leggere la proiezione e il datum da un file WKT o PRJ;

● Specificare i parametri PROJ.4;

● Creare una location non georiferita (XY).

Creare una location Gauss-Boaga






Parametri relativi al fuso Est.


Possiamo utilizzare un datum predefinito oppure assegnare i parametri della trasformazione del datum manualmente, utilizzando il datum “international” e inserendo i 7 parametri towgs84=dx,dy,dz,Rx,Ry,Rz,m, ad esempio:

● towgs84=-104.1,-49.1,-9.9,0.971,-2.917,0.714,-11.68 – Italia peninsulare, accuratezza: 3-4m;

● towgs84=-168.6,-34.0,38.6,-0.374,-0.679,-1.379,-9.48 – Sardegna, accuratezza: 3-4m;

● towgs84=-50.2,-50.4,84.8,-0.690,-2.012,0.459,-28.08 – Sicilia, accuratezza: 3-4m.


Possiamo utilizzare un datum predefinito oppure assegnare i parametri della trasformazione del datum manualmente, utilizzando il datum “international” e inserendo i 7 parametri towgs84=dx,dy,dz,Rx,Ry,Rz,m, ad esempio:

● towgs84=-104.1,-49.1,-9.9,0.971,-2.917,0.714,-11.68 – Italia peninsulare, accuratezza: 3-4m;

● towgs84=-168.6,-34.0,38.6,-0.374,-0.679,-1.379,-9.48 – Sardegna, accuratezza: 3-4m;

● towgs84=-50.2,-50.4,84.8,-0.690,-2.012,0.459,-28.08 – Sicilia, accuratezza: 3-4m.

Traslazione

Rotazione

Scala


Scegliendo “datum with associated ellipsoid”, inseriamo i seguenti parametri:

● Scale factor: 0.9996;● Central Parallel : 0;● Central Meridian: 9 (per il fuso ovest)

oppure 15 (per il fuso est);● False Easting: 1500000 (per il fuso ovest)

oppure 2520000 (per il fuso est);● False Northing: 0.





● Ci viene chiesto se vogliamo impostare l'estensione e la risoluzione della regione di

lavoro di default in questo momento o successivamente.

● Per impostarla subito, occorre conoscere i limiti della regione.


● Selezionare i parametri del sistema di coordinate da una lista;

● Tramite codice EPSG;● Leggere la proiezione e il datum da un file

georeferenziato;










Genericamente possiamo usare 1, altrimenti usiamo 2 per una maggiore accuratezza (Italia peninsulare).




● Tramite codice EPSG;










A questo punto selezioniamo il file georeferenziato.


















● Specificare i parametri PROJ.4;● Creare una location non georiferita (XY).






● Inserire la stringa di parametri formattata secondo lo standard PROJ.4.

● Esempio:

+proj=tmerc +lat_0=0 +lon_0=9 +k=0.9996 +x_0=1500000 +y_0=0 +no_defs

+a=6378388 +rf=297 +towgs84=-104.1,-49.1,-9.9,0.971,-2.917,0.714,-11.68

+to_meter=1









● In questo ultimo caso, creiamo una location per importare dati non georiferiti.

● Utilizziamo questa opzione quando ad esempio dobbiamo importare un file da

georiferire.


Mediante questo comando e` possibile: ● creare nuove location;● interrogare i parametri della location esistente;● convertire da un formato all'altro le

informazioni sulla proiezione.

Il comando g.proj

Il comando g.proj

Il comando g.proj

Crea una nuova location

Il comando g.proj

Interroga i parametri della location esistente

Il comando g.proj

Il comando g.proj

Il comando g.projOutput dell'opzione “print”.

● Dopo aver creato la nuova location, creiamo un nuovo mapset di lavoro, chiamato user1.

Creare un nuovo mapset

Creare un nuovo mapset

Impostare la regione● Nella command console

lanciamo il comando g.region -p per visualizzare le impostazioni della regione.

● Dobbiamo impostare la risoluzione della regione alla risoluzione di cella del file che intendiamo importare: g.region res=20 -ap

● I confini della regione verranno estesi automaticamente secondo i confini della mappa che importiamo, come vedremo di seguito.

● Per importare un raster in

formato Geotiff utilizziamo r.in.gdal

Importare un raster

Importare un raster

Importare un raster

Importare un raster

● La flag “Extend” estende i limiti della regione seguendo quelli del file importato.

● La flag “Override projection” usa la proiezione della location.

● Per importare un file vettoriale utilizziamo il comando v.in.ogr.

Importare un vettoriale






● La flag “Extend” estende i limiti della regione seguendo quelli del file importato.

● La flag “Override projection” usa la proiezione della location.

Esportare un raster

● Il comando per esportare un file in formato Geotiff e` “r.out.gdal”.

● Tale comando si utilizza anche per esportare in altri formati gestiti dalla libreria gdal.

Esportare un raster

Esportare un raster

● Attenzione ad indicare il tipo di dato, scegliendo fra intero, floating point, ecc..

Esportare un vettoriale

● Il comando per esportare un file vettoriale in formato shapefile e` “v.out.ogr”.

● Tale comando si utilizza anche per esportare in altri formati gestiti dalla libreria gdal/ogr.


● Selezionare il tipo di dato da esportare, fra punti, linee, area ecc..


● Selezionare il formato, es.: ESRI_Shapefile.

Nota bene

● Per scambiare dati con altre piattaforme GIS, ad esempio ESRI, e` necessario “esportare” e “importare” le mappe da e per GRASS.

● Per scambiare dati da e per GRASS GIS da un computer all'altro, e` anche possibile copiare l'intera location da un GRASS dataset all'altro, non e` necessario esportare tutti i dati e reimportarli!

Approfondimenti

Il “Libro Sacro” di GRASS GIS:● Markus Neteler and Helena Mitasova, 2008, Open Source GIS: A GRASS GIS Approach. Third Edition.

http://www.grassbook.org/

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(c) 2011, Margherita Di Leo, Italy dileomargherita AT gmail DOT com

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