Introduzione ai GIS Dott. Stefano Albanese Via S.Giacomo n°6 83022 Baiano (AV) Email: stefano_albanese@hotmail.com

G.I.S. I SIT, ovvero Sistemi Informativi Territoriali, acronimo italiano di GIS (Geographic Information Systems), sono degli strumenti della nuova tecnologia dell’informazione che consentono di gestire ed elaborare informazioni di varia natura associate al territorio. Una definizione molto diffusa e più rigorosa è: “I GIS sono sistemi informatici per l’acquisizione, la memorizzazione, l’elaborazione, l’integrazione e la visualizzazione di dati geograficamente riferiti alla superficie terrestre”.

Inforrmazione Grafica Niente di nuovo...!? Più semplicemente, con la parola GIS si intende “un sistema complesso di archivi che unisce i data base a rappresentazioni geografiche”, essendo in grado di gestire in modo perfettamente integrato dati di tipo raster vettoriali alfanumerici Inforrmazione Grafica Inforrmazione Tematica/Topologica ( Caratteristiche reali degli oggetti rappresentati) Raster Vector DB alfanumerico

Dati Vettoriali Y A B C o x Con il modello vettoriale si definiscono attraverso vettori e punti i limiti di oggetti da rappresentare.Questo metodo è ottimo per definire con precisione la forma di un oggetto reale.Per esempio la topografia viene rappresentata vettorialmente attraverso linee, punti e poligoni di cui vengono codificati i vertici rispetto ad un sistema di riferimento cartesiano che può essere in cartografia un sistema di proiezione geografica come l’ UTM. Il modello di dati vettoriale è un modello molto leggero in quanto esso si serve per definire gli oggetti delle sole coppie di coordinate cartesiane che caratterizzano i vertici degli oggetti da rappresentare. Y A A(0,15);(0,18);(11,18);(11,6);(6,6),(6,15). B(15,7);(21,16). C(0,0);(0,5);(12,5);(12,2)(23,1);(23,0). B C o x

Dati Raster Esaustivo Compresso A B C Questo metodo di rappresentazione utilizza una maglia regolare di elementi (pixel) di forma quadrangolare a ciascuno dei quali viene associato un colore in funzione di un valore alfanumerico correlato. La rappresentazione raster, dunque non definisce oggetti ma ci permette di raggruppare elementi unitari secondo delle caratteristiche tematiche rappresentate. L’immagine è il risultato di un sistema fila-colonna (matrice) e quanto più piccoli sono i pixel maggiore è la definizione dell’immagine. Le informazioni contenute in un file raster possono essere “esaustive” con ripetizione per ciascun pixel della variabile tematica oppure compresse attraverso un algoritmo di tipo “Run-Lenght” (Es. ECW file) che al momento dell’apertura deve essere decompresso. Esaustivo Compresso A B C 4A;4B 8B 5C;3B E’ evidente che le dimensioni di una parte del file raster,seppur compresso, saranno maggiori dell’intero file vettoriale rappresentante l’intera area.

Componente tematica (DB) Potenza del G.I.S. !! Molti programmi quali spreadsheets, statistic packages e sistemi CAD sono in grado di elaborare dati geografici e spaziali ma questo non li rende necessariamente un GIS. Un vero GIS è infatti in grado di collegare dati spaziali (Raster o vettoriali) ad delle informazioni,contenute in un DataBase, che caratterizzano gli oggetti rappresentati (Componente tematica del GIS). Il concetto di data base è centrale in un GIS. Comp. grafica A B ID Shape Tipologia N° Ubicazione A polygon Fabbricato 4 Via Cavour B polygon Fabbricato 6 Via Verdi Componente tematica (DB)

Il Database campo indice A Registro B Registro campo campo campo campo La componente tematica associa ,quindi, alle strutture spaziali ovvero agli oggetti definiti dal sistema vettoriale o raster una o più informazioni. I dati tematici detti attributi vengono raccolti in un catalogo secondo due metodi. Le informazioni associate a ciascun oggetto vengono raccolti in un registro d’informazione. Ciascun oggetto ha un registro nel quale incontrano vari campi di informazione ( uno per ciascuna informazione). campo indice A ID Shape Tipologia N° Ubicazione A polygon Fabbricato 4 Via Cavour B polygon Fabbricato 6 Via Verdi Registro B Registro campo campo campo campo L’ insieme dei registri che appartiene ad una mappa digitale costituisce il foglio di informazioni di quella mappa o meglio di quel livello informativo digitale. Due sono i metodi piu utiizzati per catalogare i dati Catalogo indicizzato che ci permette di individuare un elemento attraverso un campo chiave(ID) unico per ogni registro . Catalogo sequenziale nel quale il computer deve scorrere tutti i record per individuare quello giusto

Modello digitale del terreno DTM Il DTM è un modello di informazione topografica in 3 dimensioni. Come base di partenza utilizza uno strato informativo caratterizzato da una serie di punti o linee quotati e georeferenziati secondo un sistema di riferimento. In realtà la variabile tematica presente nel database correlato ai punti e il valore della quota (Z).

Per realizzare il DTM si può utilizzare una maglia regolare per generare una matrice delle altezze (DEM) Il DEM utilizza come base di sviluppo della struttura 3D una maglia regolare di pixel sovrapposta al layer “topografico” in 2D, in cui ogni pixel assume il valore medio delle quote delle isolinee o dei punti ricoperti. 250 200 150 175 100

una maglia irregolare di triangoli equilateri (TIN) Il TIN (Triangulated Irregular Network) segue delle tappe: Individuazione di punti e linee di quota nota Triangolazione tra di essi per ottenere triangoli quanto più piccoli ed equilateri Sollevamento dei triangoli nello spazio tridimensionale in funzione del valore della quota assunto da ogni vertice.

I software ArcView e ArcGis Desktop ARC Info Autocad Map Map Info Attualmente la tecnologia GIS si avvale del supporto di potenti software che oltre a permettere la creazione e l’editazione di file di tipo (Informazione grafica - Data base), ci permettono di fare delle analisi anche molto complesse per la risoluzione di problemi del mondo reale . ArcView e ArcGis Desktop ARC Info Autocad Map Map Info

Le funzioni di un GIS

Un GIS è in grado di rispondere a domande quali: Cosa c’è in un dato luogo? Es. Qual è l’estensione areale di una determinata attività antropica? Dove sono soddisfatte certe condizioni? Es. Quanta della reale estensione di una cava ricade nei limiti definiti dalla concessione Come è cambiata una certa area nel tempo? Es. Com’è variata la morfologia di una zona nel tempo e con quali variazioni quantitative? Che modello spaziale esiste…? Confrontare la distribuzione dei fenomeni e capire i processi che rappresentano la loro distribuzione. Es. Estrazione del modello relativo alla distribuzione delle malattie che si pensano per essere causate dall’esposizione a Cosa accade se…? Determinare cosa succede se interviene una certa azione Es. Cosa accade se si aggiunge una strada alla rete dei trasporti o che impatto ambientale può avere l’ntroduzione in un area di una attività di estrazione.(Cave e miniere).

Come “fare domande” ad un GIS: Le Query e le funzioni Query è un termine inglese che significa “richiesta” dal verbo latino Quero (domandare). Le operazione di query si attuano attraverso una “grammatica” per convenzioni e simboli e in un sistema GIS possono essere indirizzate sia agli oggetti grafici sia direttamente ai database ad essi correlati. La risposta che ci verrà fornita dal software che stiamo utilizzando ci individuerà a schermo l’oggetto che stiamo cercando tra i tanti presenti in uno strato informativo e tutti i dati ad esso legati mediante il registro relativo contenuto nel database. Le Funzioni sono operazionui che seguono una routine prestabilita e che permettono di realizzare delle query particolari che “già sono compilate”.Le operazioni o funzioni più comuni nel GIS sono: Overlay Topologico Buffering Clipping Segmentazione dinamica Analisi Spaziali Analisi di rete

Query Query molto semplice ad un livello infornativo geologico(Geo.Shp): Richiesta di individuare i calcari nella nostra area. (Litologia) = “Calcari”

Overlay topologico + Vincoli Geologia Sovrapposizione grafica Questa funzione ci permette di sovrapporre graficamente più livelli informativi e di produrre alla fine un nuovo livello contenente le informazioni provenienti dai due layer di origine. Sovrapposizione grafica + Geologia Vincoli

Overlay topologico Geologia+Vincoli Sovrapposizione intersezione dei dati Il vero overlay topologico è quello dei database che si riuniscono in uno solo e danno viata ad un nuovo livello “misto”. Geologia+Vincoli

Buffering Buffering process E’ una funzione in grado di creare un'area di rispetto intorno agli elementi geografici che sono presenti nel database. La possibilità di modulare questa operazione a seconda delle necessità dell'operatore dà modo di risolvere, con pochi passaggi, problemi altrimenti difficilmente risolvibili; ad esempio la capacità di effettuare buffering asimmetrici rispetto ai due lati di un elemento lineare oppure di effettuare un buffering parametrizzato a seconda delle caratteristiche dell'elemento. Buffering process Una volta creata la fascia di rispetto che sia intorno ad un punto, linea o poligono, il risultato è sempre un livello informativo di tipo poligonale, che può essere utilizzato per successive analisi.

Analisi di rete Minimo percorso (Analisi di prossimità) Lo spostamento delle persone, il trasporto e la distribuzione di beni e servizi, la distribuzione dell'energia, le comunicazioni: tutte queste attività prevedono lo spostamento di materia o di informazioni mediante dei sistemi di reti, che sempre più costituiscono una delicata e vitale infrastruttura del mondo di oggi. Le funzioni più utilizzate per realizzare un analisi di rete a secondo degli scopi sono: Minimo percorso (Analisi di prossimità) -Per individuare lungo una rete ,ad esempio stradale) qual è il percorso più breve o meno dispendioso per raggiungere un punto partendo da un’ origine fissa. Allocazione delle risorse -Per individuare se le risorse recuperabili lungo un percorso sono congruenti con la capacità di ricezione di un centro destinato alla raccolta delle rsorse raccolte ( per reti idriche, discariche…) Connettività -Le funzioni per la verifica della connettività servono ad identificare se e quali porzioni di una rete sono connesse (individuazione di percorsi alternativi, idrologia…).

Analisi del minimo percorso e della connettività Analisi di rete Un esempio di analisi di rete riguardante il minimo percorso e la connettività. Analisi del minimo percorso e della connettività

Analisi spaziale a) Componente tematica La funzione di analisi spaziale e quella che caratterizza im maniera univoca il GIS e lo differenzia dagli altri sistemi di informazione e trattamento dei dati. L’analisi spaziale può interessare due componenti: a) Componente tematica L’analisi spaziale della componente tematica utilizza metodi di correlazione statistica.Essa analizza la possibilità di correlare tra di loro diversi elementi tematici. Essa comprende tutte le operazioni possibili che possono realizzarsi sovrapponendo tra di loro più strati informativi e ponendo in relazione i loro database. b) componente spaziale/geometrica L’analisi spaziale della componente spaziale/geometrica si utilizza prevalentemente per correlare tra di loro oggetti che possono essere associati per la forma o per altre caratteristiche geometriche proprie.

Prodotto finale -Digitale -Analogica Digitale o Analogica In linea di massima una volta terminato il nostro lavoro sia esso di sola compilazione di un sistema di livelli informativi sia esso di analisi i risultati potranno essere presentati secondo due forme: Digitale o Analogica -Digitale Possiamo fornire i nostri risultati all’utente finale insieme ad un visualizzatore dei dati capace di attuare su di essi query specifiche per l’individuazione di determinati oggetti e delle loro caratteristiche.La possibilità di dinamica interrelazione tra l’utente ed il prodotto finale permette di variare le caratteristiche di visualizzazione delle informazioni geografiche in tempi reali e brevissimi( Variazione della scala, visualizzazione di un livello informativo secondo uno qualunque dei campi degli attributi e utilizzando una simbologia personalizzata) -Analogica E il classico formato dell’informazione geografica ovvero la cartografia su base cartacea, non interrogabile e priva della possibilità di interazione. Queste formato necessita della fornitura di tutta una serie di elementi di corredo che permettano la lettura e l’interpretazione del prodotto( Es: Legenda, Scala, Coordinate , etc.)