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Walter Balzano » 18.Geographical Information System -parte seconda


Geographical Information System

  • L’oggetto GIS
  • Rappresentazione spaziale
  • Georeferenziazione
  • Datum geodetici
  • Latitudine e longitudine
  • Posiziomenento

L’oggetto GIS

Un oggetto GIS ha diverse caratteristiche che lo contraddistinguono:

  • tipo;
  • attributo;
  • relazioni spaziali;
  • geometria;
  • qualità del dato.

Gli elementi all’interno di un GIS sono costituiti da una collezione di oggetti rappresentati con figure geometriche.

Tali oggetti rappresentano in forma semplificata fenomeni del mondo reale conservandone le proprietà spaziali di volta in volta giudicate rilevanti.

L’oggetto GIS (segue)

Punto:

  • punto isolato
  • se fa parte di una linea è detto vertice o nodo.

Arco:

  • sequenza ordinata di vertici;
  • il primo è detto nodo iniziale, l’ultimo nodo finale.

Anello: insieme di uno o più archi che costituiscono un anello chiuso.

Poligono:

  • insieme di uno o più anelli che delimitano una area chiusa;
  • il primo anello è detto esterno, gli altri interni;
  • se ha 1 solo anello è detto semplice altrimenti complesso.
Esempi di entità elementari.

Esempi di entità elementari.


L’oggetto punto

Entità adimensionale che specifica la localizzazione di un fenomeno nello spazio (codifica la posizione)

Diversi tipi di punti:

  • punto entità: identifica la localizzazione di un fenomeno nello spazio senza tenere conto dell’eventuale forma o dimensione del fenomeno.
  • punto area: denota una posizione all’interno di un’area e ne rappresenta una forma semplificata. (Esempio: baricentro, centro urbano per i comuni);
  • nodo: localizzazione puntuale con in più proprietà topologiche (collegamento ad un altro punto tramite segmento).

L’oggetto arco o linea

L’arco è inteso come una entità unidimensionale che ha la capacità di rappresentare un fenomeno reale evidenziandone:

  • posizione;
  • direzione;
  • lunghezza.

Può essere rappresentata con diversi spessori che identificano attributi metrici diversi dalla lunghezza (rimane un oggetto unidimensionale).

Può avere un attributo che ne specifica l’orientamento.

Esempi: strade, fiumi, confini, flussi di comunicazione, ecc…

L’oggetto poligono o area

Il poligono è inteso come una entità bidimensionale che ha la capacità di rappresentare un fenomeno reale evidenziandone:

  • posizione;
  • morfologia;
  • superficie (dimensione quadrata).

Viene usato tipicamente per rappresentare strutture territoriali come:

  • comuni;
  • quartieri;
  • regioni;
  • tutte le volte che superficie e topologia sono importanti nell’analisi.

Rappresentazione spaziale

La scelta degli oggetti nella rappresentazione spaziale dipende dall’analisi che dovrà essere fatta del fenomeno.

Dalle proprietà dei singoli oggetti dipende la possibilità di effettuare determinate analisi piuttosto che altre.

Esempio: se ci interessa la valutazione della distanza tra le città potremmo rappresentare queste con dei punti ma se volessimo fare un’analisi di distribuzione demografica dovremmo usare dei poligoni magari con sottopoligoni per la rappresentazione dei quartieri.

Georeferenziazione

La rappresentazione degli oggetti nello spazio richiede un sistema di riferimento spaziale.

Gli oggetti devono mantenere:

  • posizioni relative corrette;
  • dimensioni proporzionali agli oggetti reali corrispondenti;
  • relazioni spaziali corrette.

Georeferenziazione: tecnica di localizzazione territoriale che permette di associare un oggetto ad un particolare punto nello spazio reale

Georeferenziazione (segue)

Tecniche di georeferenziazione continue:

  • La misura della posizione di un fenomeno e’ ottenuta rispetto ad un sistema di riferimento assoluto;
  • Normalmente si usano i sistemi di coordinate terrestri cartografiche;
  • La posizione reale di un oggetto viene rilevata attraverso sistemi di posizionamento globale (GPS).

Tecniche di georeferenziazione discrete:

  • La misura della posizione di un fenomeno e’ ottenuta indirettamente rispetto ad unità territoriali di riferimento già georeferenziate;
  • La posizione di un oggetto viene rilevata valutando la distanza da un oggetto territoriale di riferimento.

Georeferenziazione (segue)

Esempi di mappa Georeferenziata. Fonte : Google Earth

Esempi di mappa Georeferenziata. Fonte : Google Earth


Georeferenziazione (segue)

Georeferenziazione discreta toponomastica.

I fenomeni sono localizzati approssimativamente rispetto ai numeri civici degli edifici.

Georeferenziazione discreta areale

I fenomeni sono localizzati in modo approssimato nel centroide delle zone statistiche.

Georeferenziazione discreta toponomastica.

Georeferenziazione discreta toponomastica.

Georeferenziazione discreta areale.

Georeferenziazione discreta areale.


Georeferenziazione (segue)

Modello della “Terra piatta”:

  • la superficie della Terra viene rappresentata attraverso un piano orientato a nord con l’asse ortogonale coincidente con la direzione della gravità;
  • gli oggetti vengono rappresentati sul piano e posizionati relativamente alla piano stesso;
  • va bene per mappe di dimensioni non superiori a 2-3 Km e pianeggianti.

Modello della “Terra curva”:

  • tiene conto della curvatura della superficie terrestre;
  • modello complesso e non univoco;
  • cerca di limitare gli errori nelle relazioni spaziali degli oggetti rappresentati sulla Terra.

Georeferenziazione

Modello matematico della Terra

  • generato dalla rotazione di un ellisse attorno al suo asse minore;
  • riproduce lo schiacciamento ai poli e il rigonfiamento all’equatore;
  • non tiene conto della distribuzione non uniforme delle masse nella Terra e delle irregolarità della superficie;
  • utilizzato per la valutazione della posizione geografica di un punto sulla superficie.
Modello matematico della Terra.

Modello matematico della Terra.


Georeferenziazione

Modello fisico della Terra:

  • generato dalla superficie perpendicolare alla direzione della forza di gravità in ogni punto della Terra (simile alla superficie del mare);
  • tiene conto delle irregolarità locali della superficie terrestre;
  • viene utilizzato per la valutazione dell’altitudine di un punto.
Modello fisico della Terra.

Modello fisico della Terra.


Datum Geodetici

I sistemi di coordinate attualmente utilizzati si basano sul Datum Geodetici (modello matematico-fisico) che adatta localmente la superficie dell’ellissoide a quella del geoide

Diversi tipi di Datum:

  • ogni paese ha definito un proprio Datum al fine di approssimare al meglio la superficie terrestre all’interno della propria area di interesse (Es: NAD27 North American Datum 1927, ED50 European Datum 1950);
  • la diffusione dei sistemi GPS ha portato alla definizione di datum globali che non si concentrano su nessuna area in particolare ma cercano di minimizzare gli errori in modo globale (Es: WGS84 World Geodetic System 1984) standard dei GPS.

Posizionamento con Datum diversi

La rilevazione con diversi Datum produce localizzazioni non coincidenti.

Nell’esempio la localizzazione dello stesso punto porta ad un errore massimo di 400 metri.

Esempi di localizzazione diverse con DATUM diversi.
Fonte: Mario Boffi, Scienza dell’Informazione Geografica, Bologna, Zanichelli, 2004. Fig. 2.8

Esempi di localizzazione diverse con DATUM diversi. Fonte: Mario Boffi, Scienza dell'Informazione Geografica, Bologna, Zanichelli, 2004. Fig. 2.8


Latitudine e Longitudine

Sul modello della Terra (datum) viene generata una griglia immaginaria al fine di effettuare misurazioni con un sistema di coordinate terrestri.

La griglia e’ costituita da due insiemi di linee immaginarie che si intersecano:

  • paralleli o linee di latitudine;
  • meridiani o linee di longitudine.

L’origine del sistema di coordinate viene collocato all’interno del modello della Terra e i punti sulla superficie vengono calcolati con gli strumenti della geometria sferica.

Latitutine e Longitudine sulla Terra. Fonte:  Arcgisonline

Latitutine e Longitudine sulla Terra. Fonte: Arcgisonline


Paralleli e Meridiani

Paralleli:

  • cerchi paralleli all’equatore dove l’equatore è definito come il cerchio massimo che divide la terra nei due emisferi nord e sud;
  • all’equatore viene assegnato il valore convenzionale di parallelo zero;
  • la distanza tra i paralleli viene misurata in gradi sessagesimali corrispondenti a circa 111 Km;
  • i gradi di latitudine variano tra 0 e 90 a nord e a sud dell’equatore.

Meridiani:

  • cerchi tracciati in verticale attraverso il nord ed il sud geografici;
  • la longitudine misura lo scostamento rispetto ad un cerchio di meridiano assunto come origine;
  • per convenzione venne definito come meridiano zero il meridiano che passa per l’osservatorio di Greenwich;
  • i meridiani si estendono a est di Gr. con segno positivo e a ovest con segno negativo per 180 gradi;
  • i meridiani si incontrano nell’oceano pacifico (180 gradi) formando la Linea della data internazionale.

Posizionamento

Ad ogni punto sulla superficie Terrestre viene assegnata una posizione espressa in gradi, minuti e secondi di latitudine e longitudine

Esempio: Napoli

40° 51′ 46,80” NORD
14° 16′ 36,12” EST

La natura sferica delle coordinate porta a far si che la linea più breve che collega due punti sul modello curvo della Terra non e’ una linea ma è una curva:

  • tale curva può essere considerata come una sezione di un circolo massimo che passi per il centro della Terra;
  • tra due punti sulla superficie della Terra si può tracciare un solo circolo massimo;
  • la distanza minore fra due punti sarà l’arco di circolo massimo che passa per i due punti.

I materiali di supporto della lezione

Mario Boffi, Scienza dell'Informazione Geografica, Bologna, Zanichelli, 2008

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