Cos’e un GIS - unirc.it · Rappresentazione Mappe cartacee ... LA RAPPRESENTAZIONE DEL...
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GeographicGeographicInformationInformationSystemSystem
GGIISS
Cos’e un GIS
Informazioni spaziali
èIl mondo in cui viviamo ha una dimensione spaziale e temporale; Decisioni che prendiamo hanno un riferimento spaziale;è80% dei dati ha un riferimento spaziale
èGI e GIS;
èDefinizione di GIS;
èDati e database
GI e GIS (1)èGI = Geographic Information:
è Informazioni riguardo a luoghi sulla superficie terrestre;
èConoscenza di dove si trova qualcosa;èConoscenza di cosa si trova in un
determinato posto;è Può essere molto dettagliata:èPosizione di tutti gli edifici di una città;
è Può essere molto imprecisa:èClima di una regione molto vasta.
GI e GIS (2)èGI = Geographic Information:
è Può essere relativamente statica:èelementi naturali e di origine umana non
cambiano rapidamente;èsolo informazioni statiche possono essere
rappresentate su di una mappa cartacea.
è Può essere molto voluminosa:èUn terabyte (1012 bytes) di dati viene inviato in
un giorno da un satellite;èGigabytes (109 bytes) di dati sono necessari
per descrivere le rete stradale USA.
GI e GIS (3)
èGI Tecnolgies:è Sono tecnologie per la raccolta e la
gestione della Geographic Information:è Possono essere di tre tipi:èGPS;èRemote Sensing;èGIS.
GI e GIS (4)èGPS = Global Positioning System:
è Costellazione di satelliti orbitanti attorno alla terra che trasmettono un segnale relativo alla loro posizione;
è Un minimo di quattro satelliti possono fornire le coordinate di un punto sulla superficie della terra tramite appositi ricevitori (anche palmari).
èRemote Sensing:è Uso di satelliti orbitanti attorno alla terra per
raccogliere informazioni riguardanti l’atmosfera e la superficie terrestri;
è I segnali vengono trasmessi alle stazioni riceventi a terra dove vengono trasformati in immagini digitali.
Definizioni di GIS
w Un insieme di procedure utilizzate per archiviare e modificare dati geograficamente georeferenziati - ARONOFF
w Un potente insieme di strumenti per raccogliere, archiviare, reperire, trasformare e visualizzare dati spaziali dal mondo reale. BURROUGH
w Un sistema di supporto alle decisioni che integra dati spazialmentereferenziati in un ambiente problem-solving. COWEN
w Una tecnologia informatica che salva, analizza e visualizza dati spaziali e non. PARKER
w Una banca dati nella quale la maggior parte dei dati sono spazialmenteindicizzati e sulla quale operano una serie di procedure che rispondono ad interrogazioni sulle entità spaziali contenute nella banca dati stessa. (SMITH)
w Un’estensione del pensiero analitico di ognuno. Uno strumento per pensare. EASTMAN
Definizione operativa di GIS
Un sistema informativo geografico è una serie di strumenti hardware e software che assistono nell’applicazione di
metodologie per la gestione e la manipolazione dei dati digitalispaziali (geografici) e dei relativi attributi.
.. .. . Una definizione concettuale. Una definizione concettuale
Mondo Mondo realereale
Mondo Mondo realereale
AstrazioneAstrazione
Mappe Mappe cartaceecartacee
Mondo realeMondo reale
RappresentazioneRappresentazione
Mappe Mappe cartaceecartacee
AstrazioneAstrazione
ConversioneConversione
Modello Modello digitaledigitale
Mondo realeMondo reale
RappresentazioneRappresentazione
Mappe Mappe cartaceecartacee
AstrazioneAstrazione
PresentazionePresentazione
ConversioneConversione
Modello Modello digitaledigitale
Mondo realeMondo reale
RappresentazioneRappresentazione
Mappe Mappe cartaceecartacee
AstrazioneAstrazione
AnalisiAnalisiPresentazionePresentazione
ConversioneConversione
Modello Modello digitaledigitale
Mondo realeMondo reale
RappresentazioneRappresentazione
Mappe Mappe cartaceecartacee
AstrazioneAstrazione
AzioneAzione
AnalisiAnalisiPresentazionePresentazione
ConversioneConversione
Modello Modello digitaledigitale
Mondo realeMondo reale
RappresentazioneRappresentazione
Mappe Mappe cartaceecartacee
AstrazioneAstrazione
AzioneAzione
AnalisiAnalisiPresentazionePresentazione
ConversioneConversione
Modello Modello digitaledigitale
Mondo realeMondo reale
RappresentazioneRappresentazione
Mappe Mappe cartaceecartacee
AstrazioneAstrazione
.. .. . Una definizione operativa. Una definizione operativa
Il dato geografico
Chris Buhi 1757 Millbrook Ln 28226 Y 2Christian Carlson 1761 Millbrook Ln 28226 Y 1Chris McGuire 1765 Millbrook Ln 28226 Y 2Dale Loberger 1776 Millbrook Ln 28226 N 6Donna Buccini 1780 Millbrook Ln 28226 Y 2Doug Ruppel 1537 Sandberry Dr 28226 Y 1Gary Waters 1541 Sandberry Dr 28226 Y 3Holly Williams 1200 Yamasee Dr 28210 Y 4Jim Wojcik 980 Harrowfield Rd 28226 N 1Jo-Ann Brown 1812 Millbrook Ln 28226 N 2Joe Rubisch 1090 Overhill Dr 28112 Y 4Larry Young 1108 Kings Canyon Dr 28226 Y 3Lee Ross 1605 Bosham Ln 28226 Y 2Marcia Austin 1429 Quail Wood Dr 28226 Y 2Mary Jo Fraley 1432 Quail Wood Dr 28226 Y 1Mike Dyer 1430 Quail Wood Dr 28226 Y 3Mike Rhoades 1332 Cameron Forest Dr 28173 Y 3Mike Sweeney 1327 Red Hickory Ln 28173 Y 2Paul Gallimore 1429 Buckeye Ct 28173 Y 2
Il dato di attributo
L’informazione geografica
Christian Carlson1761 Millbrook LnY1
Jo-Ann Bro1812 MillbrY2
Chris McGuire1765 Millbrook LnY
Donna Buccini1780 Millbrook LnY2
N6
MillbrookLane
.anca
ster
.anca
ster
POLIGONOPOLIGONO
PUNTIPUNTI
NODINODITESTOTESTO
LINEELINEE
Rappresentazioni spaziali
MillbrookLane
Database (1)
èDati devono essere raccolti in modo che il sistema li possa gestire e poi inseriti nel sistema informativo;èUn database geografico fornisce la
funzionalità di banca dati di un GIS;èUn database di immagini non fornisce
dati sulla relazione esistente sulla struttura delle relazioni interne degli elementi rappresentati.
Database (2)
èGeneralmente in un GIS i dati assumono la seguente suddivisione:èElementi grafici (Punti, Archi, Aree);è Immagini (aeree, da satellite, da scanner);èDati tabulari (associati agli elementi
precedenti).
DatiSalvati in un computer come bits (serie di 0 e 1) e in bytes (serie di 8 bits). Ogni byte rappresenta un carattere (codice ASCII);Dati spaziali sono tradizionalmente divisi in due grandi classi: raster e vector;Sono possibili passaggi da formato raster a formato vector (vettorializzazione);Sono possibili passaggi da formato vector a formato raster (rasterizzazione);Primi pacchetti GIS erano specializzati nella gestione di uno dei due formati.
DATIGEOGRAFICI
possono provenire da svariate fonti e la loro produzione è legata all’utilizzo di strumenti tecnici di vario genere.scannerizzazionedigitalizzazioneinput da tastiera e mouse telerilevamentofotografia aerea
DATI ATTRIBUTO
possono provenire da svariate fonti (censimenti, anagrafe, campagne di rilevamento, indagini di settore, ricerche, archivi di vario genere, ecc.). Si tratta in prevalenza di datinumerici e alfanumericimemorizzati sotto forma di tabelle ma possono essere anche documenti complessi che prevedono l’integrazione di immagini e suoni.
RAPPRESENTAZIONE GRAFICA
DEGLI ELEMENTI GEOGRAFICI
CARTOGRAFIA NUMERICA
MONDO REALE
RASTER VECTOR
MODELLI GEOMETRICI SPAZIALI
Vector
èUn vettore è un segmento lineare finito definito dai suoi punti di inizio e di fine.
èLa posizione dei punti di inizio e fine è data rispettivamente a un sistema di coordinate del piano o spazio a più numerose dimensioni.
èDati Vector sono uno strumento di rappresentazione appropriato per una gran varietà di dati spaziali. Quindi, un punto è dato semplicemente dalle sue coordinate (LatLong, X, Y, ecc.).
èUn arco è definito come una sequenza di segmenti composti da linee diritte, ognuna rappresentata da un vettore, e un’area è definita in termini dei suoi confini (o contorni), rappresentati da un insieme di vettori.
PUNTO: entità definita da una coppia di coordinate
NODO: entità situata all’intersezione di due linee
ANNOTATION: elemento grafico e stringa di testo descrittiva posizionata sulla mappa
Rappresentazioni geografiche
POLIGONO: area chiusa formata da una o piu’linee (eg. parcelle, tipi di suolo, confini politici, aree urbanizzate, ..)
LINEA: entità definita connettendo una serie di coordinate o attraverso una descrizione geometrica (es. fiumi, mezzerie strade, rilievi catastali, acquedotti, gasdotti,..)
Rappresentazioni geografiche
Rappresentazioni Geografiche
Point Line Polygon Node Anno
Rappresentazionigeografiche
Point Line Polygon Node
Vector
Anno
Ciascuna di queste rappresentazioni puo’essere raggruppata nella categoria di dati VETTORIALI
Queste entità sono inoltre collegate a tabelle di attributi definite dall’utente
Rappresentazionigeografiche
Point Line Polygon Node
PointAttribute
Table
LineAttribute
Table
PolygonAttribute
Table
NodeAttribute
Table
Vector
Anno
TextAttribute
Table
Relazioni fra tabelle
2641
2642
273212
37
41
24
33
107
125
432 433
434
435
478
477
438
480
AREA PERIM PARCEL# PARCEL-ID PIN-8654365 96432.5 1 0 065567.54 75343.2 2 2641 53627443576.22 46512.9 3 2642 541280 46533.71 50264.2 4 2643 539291
PIN OWNER ADDRESS536274 Christian Carlson 1761 Mi541280 Chris Mguire 1765 Mi539291 Dale Loberger 1767 Mi
w Mantiene una rappresentazione geografica
accurata delle entità cartografate
w Gestisce punti, linee, poligoni e nodi come
entità discrete
w Consente la combinazione di tematismi senza
perdere l’accuratezza di rappresentazione
PerchèPerchè VectorVector??
RasterèDati raster sono strutturati come una griglia di celle (o
pixels). èOgni cella in un raster è caratterizzata dalla sua posizione
nella griglia (numero di riga e di colonna);èIl formato raster consente di rappresentare un grande
ammontare di oggetti spaziali computabili. Un punto può essere rappresentato da una singola cella, un arco da una sequenza di celle vicine e un’area (connessa) da un’insieme di celle contigue;
èI computer gestiscono ‘naturalmente’ dati salvati sotto forma di griglie (righe e colonne), ma spesso la gestione di tali dati (se non compressi) può essere pesante (un’area omogenea è composta da celle contenti tutte lo stesso valore.
Rappresentazioni discrete Rappresentazioni discrete rasterraster
CELLECELLE
DATO VETTORIALE DI ORIGINEDATO VETTORIALE DI ORIGINE
Value Count Pavement Cost0 1751 29 Y 125
Rappresentazioni discrete Rappresentazioni discrete rasterraster
CELLECELLE
PUNTI DI CAMPIONAMENTOPUNTI DI CAMPIONAMENTOORIGINALEORIGINALE
Rappresentazioni continue Rappresentazioni continue rasterraster
NESSUNA TABELLA ASSOCIATA CONDATI RASTER CONTINUI
Rappresentazioni continue Rappresentazioni continue rasterraster
CELLE: rappresentazione di dati geografici basata su matrici di righe e colonne (es. dati di superfici continue quali altitudine, temperatura, concentrazione oppure dati tematici)
PIXEL: un singolo elemento di una griglia o raster
Rappresentazioni geografiche
Rappresentazionigeografiche
Point Line Polygon Node Cell Pixel
PointAttribute
Table
LineAttribute
Table
PolygonAttribute
Table
NodeAttribute
Table
Vector
Anno
TextAttribute
Table
Rappresentazionigeografiche
Point Line Polygon Node Cell Pixel
PointAttribute
Table
LineAttribute
Table
PolygonAttribute
Table
NodeAttribute
Table
Vector
Anno
TextAttribute
Table
Una struttura regolare di righe e colonne forma un dato RASTER
Raster
Attributi sono associabili solo a raggruppamenti categoriali di celle
Rappresentazionigeografiche
Point Line Polygon Node Cell Pixel
Raster
PointAttribute
Table
LineAttribute
Table
PolygonAttribute
Table
NodeAttribute
Table
Vector
Continuo Discreto
ValueAttribute
Table
Anno
TextAttribute
Table
w Consente di visualizzare immaginiw Permette rapide combinazioni di layers
(Map algebra)w Adatto all’analisi di dati continui o
nell’interazione di dati discreti con superfici continue (esempi: modelli idrologici, Analisi di vicinanza, superfici di frizione)
PerchèPerchè Raster?Raster?
Esempi:
w Vector w Raster
.
Aree
Segmenti
Punti
RASTER matrice di pixel
VECTORpunti e linee
digitalizzazionelettura di coordinate da fileconversione da dati rasterrisultato di elaborazioni GIS
scannerizzazionetelerilevamento e aerofotoconversione da dati vectorrisultato di elaborazioni GIS
ELEMENTI GEOGRAFICI DI TIPO LINEARE
strade, corsi d’acqua, linee elettriche, ecc.
raster vector
ELEMENTI GEOGRAFICI DI TIPO PUNTUALE
pozzi, edifici, oggetti di arredo urbano, ecc.
raster vector
ELEMENTI GEOGRAFICI DI TIPO POLIGONALE
bacini acquei, particelle catastali, edifici, ecc.
raster vector
LA RAPPRESENTAZIONE DEL TERRITORIO: LA CARTOGRAFIA
La cartografia è la disciplina che, utilizzando strumenti e tecniche propri del disegno e delle geometria, è in grado di rappresentare in forma visibile gli elementi reali appartenenti a porzioni più o meno estese del territorio
RAPPRESENTAZIONE
Una carta geografica (mappa) non riproduce fedelmente le caratteristiche degli oggetti del mondo reale, ma ne riporta una rappresentazione
ridotta (scala)
simbolica (segni)
approssimata (proiezione)
SCALA
Indica il fattore di riduzione della rappresentazione cartografica rispetto alla realtà rappresentata, ed è definita dal rapporto fra una distanza misurata tra due punti sulla carta e la corrispondente distanza misurata sul terreno.
Grande scala 1:10001:10000…….
1:100000Piccola scala 1:1000000
MAPPE o PIANTEscala maggiore di 1:10000
1 cm = 5000 cm (50 m)
molto dettagliate e precise
piccole porzioni di territorio, con edifici, alberature, toponomastica della
viabilità, …
carte tecniche, catastali
CARTE TOPOGRAFICHEscala compresa tra 1:10000 e 1:100000
1 cm = 10000 cm (100 m)
1 cm = 100000 cm (1 km)
dettagliate e precise
porzioni abbastanza contenute del territorio con rilievi, idrografia, centri
abitati, orografia, ...
tavolette IGMI
CARTE COROGRAFICHEscala compresa tra 1:50000 e 1:1000000
1 cm = 1000000 cm (10 km)
abbastanza dettagliate
porzioni rilevanti del territorio (intere regioni o nazioni) con buona ricchezza
di particolari
carte stradali
CARTE GEOGRAFICHEscala minore di 1:1000000
1 cm = 5000000 cm (50 km)
poco dettagliate
tutta la superficie terrestre o parti molto estese (continenti o gruppi di nazioni) e
minor ricchezza di particolari
planisferi
SEGNI
Sono i simboli grafici ed i colori che vengono utilizzati per rappresentare gli oggetti reali (alberature, monumenti, strade, fiumi, boschi, ...) in cartografia. La simbologia utilizzata varia a seconda del tipo di oggetti che si vogliono rappresentare e della scala prescelta per la rappresentazione.
PROIEZIONI
Le mappe vengono disegnate su un piano per rappresentare porzioni della superficie del globo terrestre che, nella realtà, sono curve. Le superfici piane hanno solo due dimensioni mentre le posizioni su una superficie curva hanno bisogno di tre dimensioni per essere definite.Per esprimere uno spazio tridimensionale attraverso una rappresentazione bidimensionale, si deve introdurre il concetto di proiezione, ovvero uno strumento che consenta di associare in maniera biunivoca la localizzazione di un punto della superficie terrestre ad un punto sulla superficie piana della mappa.
SISTEMI DI RIFERIMENTO
Coordinate geografiche
longitudine - latitudine
SISTEMI DI RIFERIMENTO
Coordinate cartesiane
x - y
PROIEZIONE DELLA MAPPA(MAP PROJECTION)
E’ la trasformazione, basata su formule matematiche, che consente la conversione delle coordinate dal sistema di riferimento geografico a quello piano.
PROPRIETA’ DELLE PROIEZIONI
Forma - Area - Distanza - DirezioneQualsiasi rappresentazione planare della superficie terrestre produce distorsioni nella forma, nell’area, nelle distanze o nella direzione degli oggetti rappresentati. Una proiezione è in grado di preservare al massimo la correttezza di una sola delle proprietà a discapito delle altre Ogni proiezione ha caratteristiche proprie ed è più adatta ad essere utilizzata per certi tipi di rappresentazione e applicazioneDiversi tipi di proiezione producono distorsioni differenti
Piano di proiezione
superficie terrestre
superficie della mappa
TIPI DI PROIEZIONI
In base alle proprietà di di forma, area, distanza e direzione, si distinguono altrettanti tipi di proiezione:
Conforme (conformal) mantiene inalterata la forma
Equivalente (equal area) mantiene inalterata l’area
Equidistante (equidistant) mantiene inalterate le distanze
Azimutale (true direction) mantiene inalterata la direzione individuata dalla linea più breve che congiunge due punti
TIPI DI PROIEZIONI
Data la planarità delle mappe, le proiezioni sono normalmente effettuate su forme geometriche le cui superfici possono essere sviluppate completamente su un piano senza distorsioni. Il primo passo nel processo di proiezione da una superficie ad un’altra è quello di creare uno o più punti (o linee) di contatto (punti di tangenza). Questi punti o linee hanno distorsione nulla e nel caso di linee, vengono definite linee standard o a scala reale. Distinguiamo tra:
PROIEZIONI CONICHE
PROIEZIONI CILINDRICHE
PROIEZIONI PLANARI
La topologia è un procedimento matematico utilizzato per definire esplicitamenteproprietà spaziali di singoli elementi e relazioni essi, in modo tale da poter cogliereulteriori importanti informazioni.
In ARC/INFO vengono definiti tre modelli topologici:
• ARCO-NODO connettività• POLIGONO-ARCO definizione di area• SINISTRA-DESTRA contiguità
relazioni spaziali proprietà spaziali
ogni arco inizia e termina con un nodo lunghezza e direzione dell'arco
gli archi sono connessi ad altri architramite un nodo
connessione tra archi
archi connessi perimetrano un poligono perimetro e area del poligono
ciascun arco ha un poligono alla suadestra ed uno alla sua sinistra
adiacenza o contiguità
TOPOLOGIA
Relazioni e proprietà spaziali degli elementi del formato vettoriale topologico
Questo tipo di organizzazione dei dati geografici consente di mettere in relazione i datispaziali con i dati attributo.
• dati spaziali dove si trovano gli elementi;
• dati attributo cosa sono gli elementi;
• dati topologici dove e come gli elementi sono in relazione con altri.
Categorie di elementi Elemento Forma di rappresentazione
PUNTO singola coordinata x,y
PUNTUALINODO singola coordinata x,y che
indentifica l'intersezione di archi
LINEARIARCO insieme di coordinate x,y unite
da tratti lineari
ROUTE-SYSTEM serie di archi che identificanopercorsi
AREALI POLIGONO archi che si uniscono a formareuna poligonale chiusa
TESTO ANNOTAZIONE testi descrittivi associati adelementi spaziali
IL FORMATO VETTORIALE TOPOLOGICO
Elementi del formato vettoriale-topologico(modello dati ARC/INFO)
TOPOLOGIA ARCO-NODOper gli archi sono definite le proprietàdirezione - lunghezza - connessione
Un arco inizia e termina con un nodo
Due archi sono connessi se condividono un nodo
OVERLAY TOPOLOGICO
determina un nuovo livello come combinazione spaziale di altri livelli
OVERLAY TOPOLOGICO
unione
identità
intersezione
INTEGRAZIONE TRA DATI SPAZIALI E DATI ATTRIBUTO
Modelli digitali del terreno
Digital Terrain Model (DTM)Modelli spaziali
• E’ una rappresentazione digitale di una porzione della superficieterrestre e spesso una delle costituenti fondamentali nei processi di analisi e visualizzazione dell’informazione geografica digitale.
• Assiste nella modellazione, nell’analisi e nella visualizzazione deifenomeni legati alla superficie topografica o a superfici simili
• Prevede un unico valore (z) su x e y (considerando rari picchi o scogliere sporgenti). Estensioni a complete funzionalità 3d vengonofornite da software specifici.
Digital Terrain Model (DTM)
Modelli spaziali
Creazione di un DTMcampionamento di dati di altitudine• mediante rilievi in campo (per piccole aree)• mediante interpretazione stereoscopica (manuale od automatica) di
foto aeree o immagini da da satellite (SPOT, IKONOS)• mediante punti quotati o isolinee digitalizzati da mappe
Costruzione del modellomediante:Rete triangolare irregolare - TIN (triangular irregular network)
composta da elementi triangolari con i vertici nei punti di campionamento delle altezze
• risparmia spazio di archiviazione sugli hard disk• riflette adeguatamente la densità dei punti di campionamento• difficile da gestire
Creazione di un TIN
Modelli spaziali
Digital Terrain Model (DTM)
Modelli spaziali
DTM raster (o LATTICE)• campionamento di dati di altitudine come un TIN• struttura raster: matrice bidimensionale di altitudini• necessita di molto spazio disco (punti regolarmente spaziati)• facile da gestire, permette l’applicazione di potenti algoritmi di calcolo
per la derivazione di nuova informazione (geo-)morfologica
interpretazione di un DTM
Modelli spaziali
analisi ed estrazione di informazione da un DTM mediante:
• semplice visualizzazione - viste 3d della superficie sovrapposte damappe di attributi
• analisi quantitativa del modello digitale del terreno producendo altremappe correlate:
• slope-pendenza (inclinazione in una cella)• aspect-esposizione (direzione della pendenza in una cella)• ombreggiatura• drenaggio potenziale• allagamento potenziale• …………
interpretazione di un DTM
Modelli spaziali
DTM
Slope
Hillshade
Aspect
JDJD--UC97 MISC#2UC97 MISC#2--JRJR 77