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Walter Balzano » 17.Geographical Information System - parte prima


Geographical Information System

  • Introduzione
  • Struttura generale
  • Caratteristiche
  • Il modello spaziale del mondo reale
  • Oggetti del GIS
  • Georeferenziazione
  • Modelli della Terra
  • Datum geodetici
  • Coordinate
  • Proiezioni
  • Mappe

GIS: Geographical Information System

GIS Geographical Information System (spesso impropriamente associato all’acronimo italiano SIT Sistema Informativo Territoriale).
Diverse sono state le definizione proposte per esso:

  • Mogorovich 1988: “il complesso di uomini, strumenti e procedure (spesso informali) che permettono l’acquisizione e la distribuzione dei dati nell’ambito dell’organizzazione e che li rendono disponibili, validandoli, nel momento in cui sono richiesti a chi ne ha la necessità per svolgere una qualsivoglia attività“.
  • Burrough 1986 “il GIS è composto da una serie di strumenti software per acquisire, memorizzare, estrarre, trasformare e visualizzare dati spaziali dal mondo reale“.

GIS: Definizioni

In generale un GIS può essere definito come un sistema informatico per la gestione di dati geografici

Geographical: si basano su rappresentazioni del territorio realizzate attraverso la memorizzazione della localizzazione geografica degli elementi in esso contenuti.

Information: indica che nei GIS i dati portano informazione in vari forme (mappe, immagini, tabelle, relazioni, interrogazioni, statistiche, incroci, ecc …).

System: un GIS è un “sistema” fatto di più componenti: hardware, software, dati geografici, risorse umane, ecc…

Obiettivo ultimo di un GIS è di fornire supporto decisionale basandosi su dati spaziali.

GIS: Struttura

Struttura gerarchica del GIS:un GIS può essere concepito in modo gerarchico identificando 6 componenti distinte corrispondenti ad altrettante attività .

Struttura gerarchica del GIS:un GIS può essere concepito in modo gerarchico identificando 6 componenti distinte corrispondenti ad altrettante attività .


Organizzazione

Un Gis deve collezionare grandi quantità di dati ed è caratterizzato anche dalla eterogeneità delle sorgenti informative da cui provengono i dati.
Affinché il “collage informativo” di un GIS aggiunga di fatto una ulteriore dimensione informativa al materiale raccolto occorre che lo stesso Gis realizzi una Consistente organizzazione dei dati.

Data models: modalità di organizzazione delle informazioni

Le tipologie di informazioni contenute in un GIS possono essere, principalmente, di 2 tipi:

  1. spaziale (geografico);
  2. alfanumerico (attributi).

Tali entità sono fortemente legate.

Visualizzazione

Un GIS sfrutta le capacità umane di comprendere situazioni complesse in maniera migliore attraverso un approccio visuale.
Per tale motivo una delle prime componenti di un GIS è la capacità di presentare graficamente ed in maniera adeguata le informazioni raccolte e in esso organizzate (creazione di mappe).

Architettura di Visualizzazione del GIS.

Architettura di Visualizzazione del GIS.


Interrogazione

In un Gis la realtà è memorizzata attraverso oggetti grafici elementari (features) che costituiscono una banca dati.

Ogni feature ha indissolubilmente collegate delle informazioni alfanumeriche associate (Esempi: edificio X, via, n. civico, ecc …).

Il Gis deve permettere di richiedere informazioni sui dati da esso gestiti. Tali richieste posso essere di 3 tipi:

  1. interrogazione degli attributi: conoscere le caratteristiche di una feature memorizzata nella banca dati;
  2. interrogazione spaziale: richieste complesse che intendono ottenere informazioni sui punti geografici dove si verificano una serie di condizioni specificate dall’utente;
  3. interrogazione topologica: domande su distanza, adiacenza, orientamento, contenimento, …

Combinazione

Un Gis deve permettere di combinare tra loro informazioni provenienti da fonti diverse. Ciò permette di scoprire correlazioni o di generare dati derivati
Si possono avere 2 modalità di combinazione:

  1. visualizzazione congiunta di tematismi differenti;
  2. costruzione “fisica” di temi ottenuti combinandone altri.

Esempi:

  1. visualizzazione di una carta geologica sovrapposta ad una immagine da satellite (può permettere di scoprire relazioni tra la litologia ed il suo “effetto”sull’immagine);
  2. intersezione della carta dei vincoli paesaggistici con la carta di uso del suolo (può permettere di derivare alcune informazioni su “abusi edilizi”).

Analisi

Si riferisce alla possibilità di utilizzare un Gis per ottenere un significato a partire dai dati grezzi (raw).

Oltre a poter essere effettuata in maniera visuale, in genere il Gis mette a disposizione strumenti statistici e di modellazione.

Esempi:

  • a partire da valori di una variabile rilevati in una serie di punti (x,y) ottenere una superficie tridimensionale attraverso metodi di interpolazione;
  • data una carta di uso del suolo, ottenere informazioni sull’area complessiva occupata da ognuna delle classi;
  • ottenere statistiche sulla correlazione tra la litologia (composizione chimica e mineralogica ) e la concentrazione al suolo di un inquinante.

Predizione

E’ l’aspetto più avanzato di un GIS, quello in cui la componente umana del progettista è determinante.

E’ strettamente legato al punto precedente ma si spinge anche a fare previsioni di scenari evolutivi futuri. Lo scopo è quello di rispondere a domande quali:
Che cosa succede se prendo questa decisione? (analisi “What-If“).
Esempio: pianificazione del traffico.

  • E’ una componente fondamentale in campi quali:
    • pianificazione territoriale e urbanistica;
    • analisi ambientale;
    • valutazione di impatto;
    • ecc…
  • E’ un aspetto complesso e legato ad altre discipline:
    • simulazione;
    • multimedialità;
    • ecc…

Caratteristiche

I settori più “vicini” al Gis sono il CAD e l’Image Processing
CAD:

  • strumenti computerizzati di supporto al disegno tecnico. Sono nati in ambito architetturale prima in bidimensionale;
  • strumenti di tipo vettoriale; ogni oggetto del disegno viene memorizzato e gestito attraverso le sue coordinate;
  • poco adatti alla “gestione”: non possiedono il concetto di ATTRIBUTO inteso come informazione alfanumerica collegata agli oggetti grafici.

Image Processing:

  • strumenti di visualizzazione, gestione ed elaborazione di immagini RASTER.
  • Esempi: immagini da satellite, fotografie aeree,…

Cartografia Tradizionale

Esempio di Cartografia tradizionale. Fonte:  Gogle maps

Esempio di Cartografia tradizionale. Fonte: Gogle maps


Cartografia Digitale

Esempio di Cartografia Digitale.

Esempio di Cartografia Digitale.


Modello spaziale del mondo reale

La peculiarità dei GIS consiste nell’introdurre la dimensione dello spazio in un database tradizionale.

Un database tradizionale può contenere informazioni territoriali e informazioni relative allo spazio:

  • localizzazione di persone;
  • localizzazione di eventi e attività;
  • dati sulle distanze.

Un database tradizionale non e’ in grado di gestire implicitamente ne’ di derivare informazioni originali di tipo spaziale.

Per fare ciò e’ necessario introdurre un modello spaziale del mondo reale che gestisca la memorizzazione delle informazioni nel DB.

Modello spaziale del mondo reale

La modellazione del mondo reale e l’organizzazione delle informazioni sotto forma di dati che lo descrivono presuppongono un processo diviso in diversi stadi:

  • identificazione delle entità che definiscono i fenomeni di nostro interesse;
  • identificazione degli attributi che ne descrivono le caratteristiche rilevanti;
  • identificazione della topologia e delle relazioni spaziali dei fenomeni.

I fenomeni del mondo reale tradotti in entità GIS prendono il nome di oggetti.

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