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Politecnico e Università degli Studi di Torino Dipartimento Interateneo Territorio I sistemi informativi territoriali: dalla mappa al bit. Una introduzione.

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1 Politecnico e Università degli Studi di Torino Dipartimento Interateneo Territorio I sistemi informativi territoriali: dalla mappa al bit. Una introduzione per immagini Antonio Cittadino, Francesco Fiermonte e Paola Guerreschi Parte II


3 Il software

4 GIS Software Packages Software proprietario, Libero & semi-libero


6 Fundamental GIS Operations Capture Store Edit Analysis Display Output Capturing Data Databases GPS Remote Sensing Digitizing Existing Coverages Scanning Others Scegliere il Software in funzione dei propri obiettivi e/o delle proprie necessità

7 (Commercial) GIS Software Packages ESRI, Inc., Redlands, CA –clear market leader with about a third of the market –originated commercial GIS with their ArcInfo product in 1981 –privately owned by Jack Dangermond, a legend in the field –Strong in gov., education, utilities and business logistics MapInfo, Troy N.Y. –Aggressive newcomer in early 1990s, but now well-established. –Strong presence in business, especially site selection & marketing, and telecom Intergraph, Huntsville, AL –origins in proprietary CAD hardware/software –Older UNIX-based MGE (Modular GIS Environment) evolved from CAD –Current GeoMedia was the first true MS Windows-based GIS –strong in design, public works, and FM (facilities management), but weakening Bentley Systems, Exton, PA –MicroStation GeoGraphics, originally developed with Intergraph, is now their exclusive and main product.. –Strong in engineering; advertises itself as geoengineering Autodesk, San Rafael, CA –Began as PC-based CAD, but now the dominant CAD supplier –First GIS product AutoCAD Map introduced in 1996 –Primarily small business/small city customer base

8 Software for GIS: other players Vector GIS Smallworld Systems (Englewood, CO) –first to use OO (early 90s), but failed to compete as established vendors did same –Purchased by GE in 2000 –emphasis on FM & utilities Manifold (CDA International Corp): –low cost, but low market share Maptitude (Caliper Corp, Newton, MA): –another low cost one Raster GIS ERDAS/Imagine –long established leader –acquired by Leica Geosystems in 2001 ER MAPPER –aggressive newcomer originating in Australia Envi, –relative newcomer, radar specialization – acquired by Kodak in 2000 PCI--Geomatica –long-term Canadian player CARIS –newer Canadian entry GRASS (Rutgers Univ.) –Classic old-timer originally developed by US Army Construction Engineering Research Lab(CERL) in Champaign, IL; –army ended dev. & support in 1996 but assumed by Baylor University. IDRSI (Clark Univ) –pioneering, university-developed package

9 Open Source GIS Un parziale elenco delle risorse Open Source / Free GIS può essere trovato alle seguenti URL:

10 GRASS Official Page "GRASS GIs (Geographic Resources Analysis Support System) is an Open Source Geographical Information System (GIs) with raster, topological vector, image processing, and graphics production functionality that operates on various platforms through a graphical user interface and shell in X-Windows." gvSIG "gvSIG is a tool for handling geographical information. It has a friendly interface, and can access several (raster and vector) formats. It will integrate in a single view both local and remote data through WMS or WFS (WMS now working). HidroSIG "HidroSIG is a Geographical Information System (GIS) written in Java with special tools that will allow you to make estimations and analysis of hydrological, climatic and geomorphological variables." [ License: GNU Lesser General Public License (LGPL) ] JUMP "The Java Unified Mapping Platform (JUMP) is a GUI-based application for viewing and processing spatial data. It includes many common spatial and GIS functions. Kosmo "Kosmo has been implemented using the Java programming language and is being developed based on the JUMP platform and a long series of acknowledged free code libraries, such as Geotools and JTS, used in numerous free software projects. MapServer "MapServer is an OpenSource development environment for building spatially enabled Internet applications. The software builds upon other popular OpenSource or freeware systems like Shapelib, FreeType, Proj.4, libTIFF, Perl and others. Quantum GIS "Quantum GIS (QGIS) is a Geographic Information System (GIS) that runs on Linux, Unix, Mac OSX, and Windows. QGIS supports vector, raster, and database formats." [ License: GNU General Public License (GPL) ] QSlim "This package contains two components, the MixKit library and the SlimKit collection of surface modeling tools." [License: ? ] SAGA "You can understand SAGA as a geographic information system, with a special 'Application Programming Interface' (API) for geographic data processing. This API makes it easy to implement new algorithms and exempts the developer from hassle programming overhead like user-interface design or file-io. The SAGA API supports grid data like digital terrain models and satellite images, vector data, and tables." [ License: GNU General Public License (GPL) ]

11 Il software ESRI


13 ESRI Arc/Info Versions 1-7 from 1980 – 1999 Command-line driven Vector model: Coverages Raster analysis module called GRID –Own raster model: GRID Released on Unix and Windows platforms Scripting done in Arc Macro Language (AML)

14 ESRI ArcView 3.x Versions 1-3 from 1994 – 1999 Graphical User Interface (GUI) Vector model: Shapefiles Raster analysis through extension called Spatial Analyst –GRID model

15 ESRI ArcGIS Several hundred person-years invested Complete rewrite, first since 1980 Released in 2000 Arc/Info Workstation version 7 included ArcGIS Desktop on Windows ArcView as a subset ArcGIS 9.0 in 2005 Object-oriented programming Version 9.3 just released

16 Il software ArcGIS

17 Levels of ArcGIS Products ArcView – View data and edit shape files and simple personal geodatabases ArcEditor – do more complex edits on enterprise geodatabases ArcInfo – the full system, with access to workstation ArcInfo (i.e. ArcInfo version 7) as well ArcGIS offre funzionalità diverse a seconda della licenza che si acquista…

18 ESRI Product Line-up: ArcGIS client products (Fall 2007) ArcReader (adobe acrobat for maps) & ArcExplorer (spatial data viewer) Free viewers for geographic data. ArcGIS 9.x Desktop: two primary modules (MS only) ArcMap: for data display, map production, spatial analysis, data editing ArcCatalog: for data management and preview ArcToolbox, for specialized data conversions and analyses, available as a window in both Available capabilities within these modules are tiered in three levels ArcView: viewing, map production, spatial analysis, basic editing: ArcEditor: ArcView, plus specialized editing: ArcInfo: ArcView & ArcEditor plus special analyses and conversions: Extensions: for special apps.: Spatial Analyst, 3D Analyst, Geostatistics, Business Analyst, etc. ArcObjects: to build specialized capabilities within ArcMap or ArcCatalog using VB for Applications ArcGIS Workstation (for UNIX and MS) the old command line ArcInfo 7.1 ArcGIS Engine (MS NT/2000/XP) Set of embeddable GIS components (ArcObjects software objects) for use in building custom applications Runs under Windows, Unix and Linux, with support for Java, C++, COM and.NET Replaces MapObjects which were based upon a previous generation of GIS objects Notes: ArcView 3.3 the only GUI option for UNIX. ArcGIS 8 released 2000 to integrate two previous standalone products: ArcView and ArcInfo ArcGIS 9 released 2004 providing the full capability that should have been in ArcGIS 8!!! --full support for all data types (coverages, shapefiles, geodatabases) --full support for all previous geoprocessing analyses --Modelbuilder for scripting and repetitive processing --ArcEngine for building custom applications

19 Clients ESRI ArcGIS System ArcSDE Services Database storage/access ArcInfoArcEditorArcView ArcIMS Services Map display & query ArcExplorerBrowser Internet ArcEngine/ ArcObjects Application Development & Customization c:\ ArcGIS Workstation Consistent interface Increasing capability ArcMap ArcCatalog ArcToolbox ArcMap ArcCatalog ArcToolbox ArcMap ArcCatalog ArcToolbox Source: ESRI with mods. $ ArcServer Services Full GIS analysis

20 Future Generic GIS Internet Enterprise Web Server Databases Broker Browsers Web Applications Services ( built on.Net, SOAP/XML, Java API) Source: Reza Wahadj, CSIG04, with mods. Dallas Durban Delhi

21 Il software GIS. I dati e le relazioni


23 Relazioni spaziali La caratteristica chiave dei G.I.S. è la capacità di integrazione, cioè di relazionare dati attraverso il riferimento spaziale. Si tratta di sovrapporre (overlay) strati informativi diversi. Huxold (1991, pp. 320, 327) propone una distinzione tra: integrazione orizzontale (dati diversi vengono messi in relazione in quanto riferiti alla stessa entità geografica, ad esempio allo stesso isolato); integrazione verticale (vengono aggregati i dati riferiti ad entità geografiche che appartengono ad una entità geografica di livello superiore, ad esempio dati riferiti all'isolato vengono aggregati per quartiere). Nel primo caso le entità geografiche appartengono ad un unica classe, nel secondo si analizza il rapporto di inclusione tra due classi di entità geografiche.


25 Il dati raster o meglio le immagini raster sono fatte da una serie di celle a griglia (bitmap) e possono essere acquisite tramite scanner o semplicemente possono essere una fotografia (aerea, satellitare…). I dati vettoriali sono costituiti sostanzialmente da punti, linee, e poligoni e vengono memorizzati con linformazione che riguarda il loro riferimento geografico (x, y). Dati raster e vettoriali

26 Street Network layer: linesLand Parcels layer: polygons Raster (image) Layer Digital Ortho Photograph Layer: Digital Ortho photo: combines the visual properties of a photograph with the positional accuracy of a map, in computer readable form. Vector Layers Feet

27 La Georeferenziazione e il processo attraverso il quale un oggetto viene posizionato su una carta secondo un sistema di coordinate

28 CTR con individuazione dei Punti di Controllo Immagine da georiferire con individuazione dei Punti di Controllo Georeferenziazione al volo con ArcGIS

29 Immagine georiferita

30 In un GIS, ogni feature contiene dati o è relazionata a fonti esterne

31 Operazioni sui dati: GEOprocessing in ArcView 3.x

32 Operazioni sui dati: GEOprocessing in ArcGIS Data extraction –creating a subset of features from one data set based on the geographic extent of another Overlays –combination of two or more data sets to create new data set Proximity –finding areas that are near features

33 Overlay Le operazioni di overlay portano ad analizzare le relazioni topologiche (relazioni tra diversi elementi spaziali) esistenti fra entità geografiche: di prossimità e adiacenza; di inclusione, un oggetto contiene completamente, o è contenuto completamente da un altro; di connessione, per le reti; di intersezione. L'analisi delle intersezioni può portare alla generazione di nuove entità geografiche.

34 Selezione in base alla localizzazione…

35 Operazioni sui dati: selezione di features per mezzo dei loro attributi (dati associati) ArcView 3.x ArcGis 9.x

36 Relazioni topologiche Topology is defined as the spatial relationships between adjacent or neighboring features.

37 Strumenti per verificare le regole geometriche

38 Relazioni alfanumeriche

39 Il software ArcGIS e la sua interfaccia


41 Tutte (o quasi) le barre degli strumenti (nascoste)… Con il tasto destro del mouse su unarea vuota della menu bar è possibile richiamare lelenco delle barre degli strumenti…

42 Edit Toolbar

43 ArcMap (map-making and analysis) ArcCatalog (accessing and managing data) ArcToolbox(an environment for performing data processing operations such as geodata conversion) ArcGIS 9.3 è costituito da 3 applicazioni: ArcGIS 9.3 è un software GIS deputato alla visualizzazione, interrogazione, creazione di dati e mappe GIS da utilizzarsi in ambiente Windows desktop.

44 ArcMap ArcMap rappresenta levoluzione di Arcview. Permette di realizzare una mappa partendo la Layer predefiniti oppure caricando temi vettoriali, immagini, eccetera. Altre due applicazioni, ArcCatalog e ArcToolbox, consentono di navigare, organizzare e documentare i dati (ArcCatalog) ed effettuare operazioni di GeoProcessing utilizzando linsieme degli strumenti contenuti in ArcToolbox

45 ArcCatalog… il visualizzatore universale ArcCatalog permette di: Visualizzare layers, mappe, shapefiles, tabelle di dati (Ms- Access...); Creare e Visualizzare dati e metadati; Utilizzare dati in ArcMap e ArcToolbox; Gestire i dati (copiare, rinominare, cancellare…) utilizzando uno strumento stile gestione risorse…

46 ArcCatalog… Gestione delle risorse

47 ArcToolbox è organizzato in set di tools. I principali Toolsets sono raggruppati per famiglie: Data Management Tools Analysis Tools Conversion Tools My Tools [ambienti di sviluppo possibili: Visual Basic 6.0, Visual C++, Delphi, Sybase PowerBuilder,... ] Nel caso non si riuscisse a trovare la risorsa di interesse, è sempre possibile consultare lelenco alfabetico dei tools oppure utilizzare un apposito motore di ricerca

48 ArcToolBox: la cassetta degli attrezzi Definizione guidata di proiezioni geografiche (wizards) Creare strumenti personalizzati nellambiente di sviluppo desiderato (compatibile con Microsoft Windows) ed installarli come Tools aggiuntivi in ArcToolbox. Import dati da Coverage a personal geodatabase da Shapefile a personal geodatabase da Raster a MrSID… Export dati da dati vettoriali (vector layer) a personal geodatabase da Shapefile a DXF da raster layer a TIFF, IMG, o Grid…

49 ArcToolbox di ArcInfo Oltre 150 Tools...

50 ArcView 9.x Map document Layer Data frame Coordinate system VBA macros Selectable layers Import symbology from layer file OLE Open Table for Selected Geodatabase layer CAD layer Raster layer Extensions and toolbars ArcCatalog or ArcMap ArcCatalog Dissolve Wizard Add OLE DB Connection (ArcCatalog) … ArcView GIS 3.x Project………………………………… Theme………………………………… View, View frame……………………. Projection…………………………….. Avenue scripts ……………………….. Active Theme ………………………… AVL (legend file) ……………………. DDE………………………………….. Promote Selected…………………….. Database theme………………………. CAD Reader………………………….. Grid, Image theme……………………. Extensions……………………………. Add/Remove field……………………. New shapefile………………………… Summarize……………………………. SQL Connect…………………………. … Da ArcView 3.x ……………….. a ArcView 9.x

51 ArcView 3.x …

52 Menu BarTitle bar Standard Toolbar Table of contents Toolbar Draw bar Status bar Map display Layers ArcView 9.x … Data frame Source Selection

53 Context menu

54 Layers Le Informazioni Geografiche sono visualizzate sulla mappa come Layers. Ciascun Layer rappresenta un particolare tipo di features (fiumi, laghi, limiti amministrativi…). Un Layer non memorizza i dati geografici ma si collega ai dati contenuti in coverages, shapefiles, geodatabases, images, grids eccetera.

55 I layers contengono anche le informazioni relative alle legende, alla visibilità del tema rispetto alla scala di lavoro, alle definition queries, ai join ed ai link.... Ad ogni aggiornamento del dato vengono aggiornati automaticamente anche i layers ad esso collegati.

56 Tools interattivi per esplorare e selezionare dati… Map tips (basati sulla primary label name) Magnification window Overview window Spatial bookmarks

57 Magnification window

58 Spatial bookmarks

59 Pubblicazione e stampa di una mappa

60 Extensions for ArcInfo, ArcEditor, and ArcView Using optional extensions with ArcGIS desktop products allows you to perform extended tasks such as raster geoprocessing and three- dimensional analysis. Unless noted, extensions can be used with ArcInfo, ArcEditor, and ArcView.ArcInfo ArcEditorArcView Zone visibili dalla torre antincendio A posta in alto a sinistra Rappresentazione del centro di Seattle

61 Analysis ArcGIS 3D Analyst (includes ArcGlobe) ArcGIS Geostatistical Analyst ArcGIS Network Analyst ArcGIS Schematics ArcGIS Spatial Analyst ArcGIS Survey Analyst ArcGIS Tracking Analyst Productivity ArcGIS Data Interoperability ArcGIS Publisher ArcGIS StreetMap (included with ArcGIS 9.1 and higher) ArcPress for ArcGIS (included with ArcGIS 9.1 and higher) ArcScan for ArcGIS (included with ArcInfo and ArcEditor 9.1 and higher) Maplex for ArcGIS (included with ArcInfo 9.1 and higher) ARCGIS Extensions Verifica del livello dellinquinamento acustico nei pressi dellaeroporto

62 Solution-based ArcGIS Defense Solutions * ArcGIS Military Analyst (download) * Grid Manager (download) * MOLE (download) Job Tracking for ArcGIS (JTX) (requires ArcEditor or ArcInfo) Production Line Tool Set (PLTS) for ArcGIS (requires ArcEditor or ArcInfo) No Cost Add-Ons ArcSketch (download) Census Tools for ArcGIS (download) Districting for ArcGIS (download) Geodatabase Toolset (GDBT) (download) GIS Portal Extensions for ArcGIS (download) OLAP for ArcGIS (download) U.S. National Grid Tools for ArcGIS (download) ARCGIS Extensions

63 ArcGIS Tablet PC

64 Tablet PC for ArcGIS ESRI has developed a set of tools to support Tablet PC for ArcGIS, built to the design specifications of Microsoft Windows XP Tablet PC Edition. These tools allow ArcGIS users to take advantage of the Tablet PC's innovative features such as pen-based computing, digital ink technology, and enhanced mobility functions.

65 Tutti gli schizzi e le note, create con ArcGIS su un Tablet PC, sono geograficamente referenziate e possono essere salvate come graficismi sulla mappa oppure come annotazioni in un geodatabase.

66 Strumenti & Tools

67 Il modo piu semplice per trovare documenti, strumenti (tools) o dati georiferiti è quello di scaricarli dal WEB. Se non si conosce la URL sorgente è possibile cercare le informazioni di interesse utilizzando un semplice motore di ricerca. Così, ad esempio, immettendo nel dialogo le seguenti stringhe: shapefile, raster, vettoriale, gis, sit, sistema informativo territoriale si ottiene un qualcosa del genere… INFORMAZIONI TECNICHE E STRUMENTI





72 Fine della Parte Seconda

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