Sistemi Informativi Geografici (GIS) e applicazioni, Università degli Studi di Perugia

DIPARTIMENTO DI SCIENZE AGRARIE, ALIMENTARI E AMBIENTALI

Università degli Studi di Perugia
Dipartimento Scienze Agrarie, Alimentari, Ambientali - DSA3
Unità di Ricerca Territorio e Costruzioni Rurali

VERALE
GEN
ATIS PERUSII
V . STUI
A.D. MCCCVID

GIS (Geographic Information Systems)

Dalla cartografia numerica ai moderni sistemi di gestione e analisi dei dati territoriali

La cartografia numerica (I)

La cartografia numerica fornisce le
informazioni
qualitative
e
metriche proprie di una cartografia
sotto due aspetti:

• in forma di dati numerici (coordinate
  che descrivono la geometria degli
  oggetti cartografati e codifiche che ne
  indicano la tipologia) memorizzati su un
  supporto digitale
• in forma di visualizzazione su video -
  grafico o su supporto cartaceo simile
  nell'aspetto alla cartografia tradizionale

La cartografia numerica (II)

La cartografia numerica è in un certo
senso
un'immagine speculare della cartografia tradizionale:

• La cartografia tradizionale rappresenta sostanzialmente un
  disegno che contiene in forma implicita le coordinate dei punti
  (informazioni ricavabili da misure sulla carta a partire dalle
  informazioni desunte da legenda, parametratura e cornice);
• Nel caso della cartografia numerica l'informazione di base è
  l'insieme delle coordinate che contiene in forma implicita la sua
  visualizzazione sotto forma di disegno;
• La rappresentazione è legata a una specifica simbolizzazione
  associata agli elementi geometrici.

►
La cartografia numerica ha tutti i contenuti e almeno
tutte le stesse funzioni di base della cartografia
tradizionale in quanto l'obiettivo principale è:

• LA RAPPRESENTAZIONE CARTOGRAFICA

CAD

CAD = Computer Aided Design, cioè Progettazione
Assistita da Elaboratore

• In questa accezione, la più comune, CAD indica il
  settore dell'informatica volto all'utilizzo di tecnologie
  software e in particolare della computer grafica per
  supportare l'attività di progettazione ( design) di
  manufatti sia virtuale che reali.
• I sistemi di Computer Aided Design hanno come
  obiettivo la creazione di modelli, 2D e 3D, del
  manufatto.
• Il CAD, anche se spesso utilizzato per la produzione di
  cartografie, è concepito per assolvere a funzioni
  completamente differenti rispetto ad un GIS.

CAD: Drawing-Based Data Management

CAD is drawing-based and manages data as
drawing files or a set of drawing files.
The main product of a CAD system is a paper
map.
CAD layers are nothing more than an entity
property, such as color or line type, sometimes
enhanced with the use of a layer tag.
CAD standards do not always separate
object systems by layer; objects could be
differentiated just as well by color or line
style.
CAD is well suited for design drawings. It is not
an information system.

CTR in formato dwg
1.76.
030
387.0
364.
34.2 389 396402.808
3808
14
182.6
402.5
4.0
422.9
/16.5
350.0
2004 801.7
407
350.97
355
428
432.1
426.7
42425.9 430.40 6
$22.4
348.8
7.7
C
418.8
417.1
198
689.
408.6
425.9
$$ 7.9
4130
4
364.17
74.9
388
374.8
A
.366.3
382.6
4.
42.
404.5
404.7
386.5
4.09.₺
$9.3.6
397.6
410.7
395.0 0
6
65.0
24/04.2
424 ..
385
492.4
401.2
343.0
398.0
344.
196.9
390.8396.3
$989 66.3
L
001/3
39
410.
35
406.9
354.8
336.0
407.0
#01.5

GIS (Geographic Information Systems)

Un GIS è un sistema
computerizzato finalizzato
all'acquisizione,
archiviazione, trattamento,
visualizzazione e analisi dei
dati geografici.

►
Un sistema informativo
geografico (GIS) è uno
strumento che permette di
posizionare ed analizzare
oggetti e fenomeni che
esistono e si verificano sul
territorio;

►
Anche il GIS gestisce
cartografia in formato
numerico

C
Legend
Archeological site
Contour
0 1 2 3 4 Miles
/,Major stream
1
/ Minor stream
Riparian forest
Upland deciduous forest
Upland tallgrass prairie
Lowland tallgrass prairie

Alcune definizioni di GIS

►
Burrough (1986) definisce i GIS come un potente
insieme di strumenti atti a raccogliere, memorizzare,
richiamare, trasformare e rappresentare dati georiferiti;

Cowen (1988) definisce un GIS come un sistema per il
supporto alle decisioni su problemi di carattere
ambientale utilizzando dati spazialmente riferiti;

Aronoff (1989) considera i GIS come un insieme di
procedure, basate sull'utilizzo di strumenti informatici,
atte a memorizzare e manipolare dati geografici.

Componenti di un GIS

Software
Hardware
Dati
...
....
....
GIS
Personale
Metodologie

Componenti di un GIS: Basi di Dati

Basi di Dati
È la componente più importante di un GIS è costituita dai dati
geografici e dalle informazioni alfanumeriche ad essi associate;

Software
Il software fornisce gli strumenti e le funzioni per attivare le operazioni
di elaborazione e calcolo necessarie a memorizzare, analizzare i dati e
visualizzare le informazioni geografiche.

Hardware

• le postazioni di lavoro, le periferiche, i server e gli altri dispositivi
  attraverso cui il GIS opera;

Personale
Staff di professionisti il cui compito è quello di definire metodi e modelli
di analisi
.

Metodologie
metodi di analisi e valutazione del territorio basati sugli strumenti
informativi e informatici di tipo geografico.Il dato geografico "tipico"
Monitoring Wells
Well ID
Date Sampled Concentration
C-6A
5/8/94
300
C-8A
5/8/94
20
C-13A
5/8/94
120
C-17A
5/8/94
560
Industries
Facility
Address
Acme
3029 Convington Dr.
Fox
742 West Lake St.
TPC
90 Aspen Dr.
Population
Family Name Occupants
Addresss
Blake
6
79 Circuit St
Hernandez
2
148 Plain St.
Joy
4
18 Webster St.
Smith
5
4321 Tecumseh Dr.

►
Un dato geografico si riferisce ad un
"oggetto" presente
sul territorio,
univocamente ed esplicitamente definito
attraverso una specifica collocazione
spaziale;

Ogni oggetto geografico è definito
mediante due componenti di diversa
natura:

• una geometrica
• una descrittiva

►
La componente geometrica informa
su localizzazione, forma e dimensione
dell'oggetto rappresentato in forma
cartografica;

►
La componente descrittiva fornisce
informazioni di varia natura associate
all'oggetto rappresentato.

Struttura della base dati

Componente geometrica

• Contiene le informazioni
  spaziali delle entità
  geografiche: punti, linee,
  poligoni o celle (raster)
• 3
• 1
• 2

Componente descrittiva

• Contiene gli attributi che si
  riferiscono alle entità
  geografiche
  ID
  Uso del suolo
  1
  Boschi
  1
  1
  2
  Aree urbane
  2
  2
  3
  Aree agricole
  3
  3

Struttura della componente geometrica

• Contiene le informazioni spaziali delle entità geografiche:
  posizione, forma, dimensioni;
• Tali informazioni vengono archiviate all'interno di strati
  separati, detti layers, contenenti informazioni omogenee.

Particelle catastali
Strade
Fiumi
Aree industriali
Laghi
Latitude
Longitude
Riferimento spaziale: il sistema di coordinate

Componente geometrica - Tipi di dati

Modello vettoriale

• Le entità geografiche vengono rappresentate geometricamente
  da punti, linee, poligoni

0
Points
Aree urbane
Arcs
Laghi
Foreste
Aree agricole
Polygons

Le primitive geometriche

►
Nella cartografia vettoriale le geometrie trattate possono
essere ricondotte a tre primitive geometriche:

• Il punto è definito da una coppia di coordinate e rappresenta
  singoli elementi territoriali in stretta dipendenza con la scala di
  rappresentazione.
• La linea è costituita da un insieme ordinato di punti e può
  rappresentare oggetti fisici quali strade e fiumi oppure elementi
  astratti quali limiti amministrativi, curve di livello, etc.
• Il poligono è definita da un insieme ordinato di punti che
  delimitano un poligono chiuso; l'area può rappresentare, sempre in
  dipendenza della scala, particelle catastali, isolati, aree forestali
  ecc.

►
Sono descritte in termini esclusivamente geometrici
utilizzando per la definizione delle coordinate un sistema di
riferimento cartografico.

Struttura della base dati: Componenti

Componente geometrica

• Contiene le informazioni
  spaziali delle entità
  geografiche: punti, linee,
  poligoni o raster
• 3
• 1
• 2

Componente descrittiva

• Contiene gli attributi che si
  riferiscono
  alle
  entità
  geografiche
  ID
  Uso del suolo
  1
  Boschi
  1
  1
  2
  Aree urbane
  2
  2
  3
  Aree agricole
  3
  3

Componente descrittiva

È costituita dagli attributi che si riferiscono alle entità geografiche;
Tali attributi vengono archiviati in tabelle organizzate, nella
maggior parte dei casi, secondo un'architettura relazionale
(>>RDBMS).
Nei sistemi più avanzati anche la componente geometrica è gestita
mediante RDBMS

ID
Uso del suolo
Suolo
Coltura
1
Argilloso
2
Franco
3
Sabbioso
Coltura
Descrizione
1
Mais
2
Frumento
3
Girasole
Uso del suolo
Descrizione
1
Boschi
2
Aree urbane
3
Aree agricole

ESRI Shapefile

►
Mandatory files :

• .shp - shape format; the feature geometry itself
• .shx - shape index format; a positional index of the feature geometry to allow
  seeking forwards and backwards quickly
• .dbf - attribute format; tabular attributes for each shape, in dBase III
  format

►
Optional files :

• .prj - projection format; the coordinate system and projection information, a
  plain text file describing the projection using well-known text format
• .sbn and .sbx - a spatial index of the features
• .fbn and .fbx - a spatial index of the features for shapefiles that are read-only
• .ain and .aih - an attribute index of the active fields in a table or a theme's
  attribute table
• .ixs - a geocoding index for read-write shapefiles
• .mxs - a geocoding index for read-write shapefiles (ODB format)
• .atx - an attribute index for the .dbf file in the form of shapefile. columnname.atx
  (ArcGIS 8 and later)
• .shp.xml - metadata in XML format
• .cpg - used to specify the code page (only for .dbf) for identifying the character
  encoding to be used

Suolo
Tessitura
1
1
1
1
· 3
1
2
3
1
2
3
2
2
3
4
3
3
2
· 2
5
1
3
1
6
3
1
1

Componente geometrica - Tipi di dati: Modello raster

Modello raster

• Le entità geografiche vengono rappresentate mediante
  una matrice di celle o pixel (picture elements)

Aree urbane
Laghi
Foreste
Aree agricole
La cella rappresenta l'unità elementare e le sue dimensioni
definiscono la risoluzione del raster. Si parla di immagini quando il
dato è acquisto da un sensore e di "grid" per i dati quantitativi

Raster data (images/grids)

• Scanned maps
  6.9
• Airborne
  WETLANDS
  AREA
  LOT 11
  2.1638 AC.
  LOT 12
  2.0408 AC.
  C
  LOT 10
  2.1238 AC.
  LOT 13
  2.0170 A
  COATES FARM ROAD (PROPOSED)!
• Satellite
• Continuous variable (heights, pollutants
  concentrations, etc.)
  850
  800
  700
  600
  450
  400