Introduzione ai Sistemi Informativi Geografici Maria Luisa Damiani Dipartimento di Informatica e Comunicazione Universita’ degli Studi di Milano Corso di Sistemi Informativi Geografici © 2003 Maria Damiani

Sommario Parte 1: Dalla cartografia ai sistemi informativi geografici Parte 2: Definizioni e origini Parte 3: Relazione con altre tecnologie Parte 4: Settori applicativi

Parte 1: Introduzione In moltissime attivita’ umane, e’ fondamentale la conoscenza del territorio per poter risolvere dei problemi Una amministrazione comunale deve definire dove e’ piu’ opportuna costruire una nuova strada La protezione civile deve intervenire nelle situazioni di dissesti naturali Le societa’ di distribuzione devono definire i percorsi e l’ordine delle consegne Una societa’ vuole aprire un nuovo centro commerciale e deve stabilire la zona piu’ opportuna Gli enti gestori delle strade devono stabilire dove intervenire per ridurre gli incidenti

La conoscenza del territorio 1/2 La conoscenza del territorio puo’ essere usata per risolvere problemi sia di tipo operativo Esempio: mantenere un inventario delle infrastrutture stradali (ponti, segnaletica etc..) …che strategico Esempio: come ridurre gli incidenti stradali sulla Tangenziale Est?

La conoscenza del territorio 2/2 La conoscenza necessaria puo’ essere diversa per estensione e dettaglio la costruzione di un edificio richiede una conoscenza locale del territorio Accordo di Dayton (1995) © 2003 Maria Damiani

La cartografia Tradizionalmente la conoscenza del territorio e’ espressa mediante carte o “mappe” la mappa e’ una riproduzione grafica opportunamente semplificata del mondo reale evidenzia solo gli oggetti di interesse presenti sul territorio adotta una simbologia grafica per visualizzare gli oggetti e le loro caratteristiche La mappa puo’ essere riprodotta su supporti fisici diversi carta, immagini fotografiche, supporto elettronico

Esempio Tabula peutingeriana © 2003 Maria Damiani

Esempio Metro di Londra

Esempio Ortofoto

Esempio MeteoSat 7

Esempio Modello digitale del terreno Antartide

Esempio Mappa interattiva

I sistemi informativi geografici La mappa e’ uno strumento semplice per registrare delle informazioni territoriali e comunicarle in modo efficace tramite la visualizzazione grafica Diversamente i sistemi informativi geografici consentono non solo la visualizzazione di mappe ma anche la archiviazione e l’ analisi di grandi quantita’ di dati geografici “La mappa e’ solo la punta dell’iceberg” Strumento piu’ efficace ma anche piu’ complesso

I dati 1/2 In generale, i sistemi informatici sono in grado di trattare dati in modo automatico e produrre informazioni Dato: la registrazione della descrizione di una qualsiasi caratteristica della realta’ che tuttavia necessita di una interpratazione per produrre conoscenza Informazione: risulta dalla interpretazione dei dati e produce variazione nel patrimonio conoscitivo di un soggetto

I dati 2/2 Dati numerici Parole Tabelle Grafici Disegni Foto e immagini fisse Animazioni Suoni Video Dati geografici

I dati geografici 1/2 Dati che riguardano oggetti e fenomeni collocati in uno spazio Esempio: le strade della Lombardia, STRADA nome numero_di_corsie dove si trova

I dati geografici 2/2 I dati sono geografici quando includono la posizione (il “dove”) Esempi: la temperatura misurata in un punto un edificio collocato in una certa zona Nel caso piu’ semplice la posizione e’ espressa da una coppia di coordinate , ad esempio longitudine e latitudine La correlazione fra luogo e posizione e’ espressa dal sistema di riferimento spaziale (o geografico)

Dai dati alla conoscenza geografica E’ sufficiente conoscere la posizione per avere una conoscenza geografica? Persona Nome Indirizzo Mario Rossi Via Saffi Milano Attivita’ Docente

Esempio quindi Mario Rossi abita “vicino” a Piazza Cadorna,…... © 2003 Maria Damiani

La conoscenza geografica Il dato sulla posizione ….non e’ sufficiente per una reale conoscenza geografica E’ necessaria la comprensione delle relazioni con gli altri elementi del territorio dove sono collocati gli altri oggetti ? che distanza vi e’ da questi? quali relazioni dipendono dalla posizione? Relazioni geografiche o spaziali © 2003 Maria Damiani

Basi di dati geografiche 1/2 La base di dati costituisce il nucleo di un sistema informativo geografico Grandi quantita’ di dati geografici e non Autostrada – spaziale La societa’ a cui e’ data in gestione – non spaziale Relazioni spaziali e non fra i dati La relazione di prossimita’ fra una strada ed un centro abitato – relazione spaziale La relazione fra la strada e la societa’ di gestione – relazione non spaziale I dati sono organizzati per uno scopo preciso

Basi di dati geografiche 2/2 Inoltre i dati possono essere trasformati,manipolati, interrogati al fine di estrarre delle informazioni Esempi quale la popolazione residente in prossimita’ di Viale Monza che quindi risulta piu’ sensibile all’ inquinamento da traffico? Quali aree sono raggiungibili da questo ripetitore TV? Quale e’ la estensione del Parco Nord ?

Parte 2. Definizioni e origini Alcuni acronimi di uso comune: GIS: Geographical Information System (usato nel proseguo del corso) SIT: Sistema Informativo Territoriale, SIT-GIS Geographical Information Science “ GIScience is an emerging interdisciplinary field that aims to advance our basic understanding in the use of digital geographic information to acquire and communicate knowledge about the world.... Geographical Information Service © 2003 Maria Damiani

Geografico vs Spaziale Significati: in generale il termine geografico indica che la collocazione e’ sulla superficie terrestre Il termine spaziale indica che la collocazione e’ in uno spazio generico Esempio: una stanza, il corpo umano, il microcosmo molecolare Spesso (anche in questo corso) i due termini sono usati come sinonimi

I componenti di un GIS Un sistema informativo geografico e’ costituito da: hardware strumenti software dati personale la rete © 2003 Maria Damiani

I componenti di un GIS –1 L’hardware comprende i componenti fisici utilizzati per l’elaborazione dei dati Non e’ necessario un hardware specializzato In genere computers di fascia medio-alta e reti di computers Stampanti, monitor Per acquisire dati da carte di grosse dimensioni si usano scanners di elevata qualita’ e digitizers Stampanti e plotters per stampare mappe di grosse dimensioni

I componenti di un GIS – 2 Il software comprende i programmi utilizzati per archiviare, analizzare e visualizzare i dati L’utente combina i dati di cui dispone col software per realizzare l’applicazione Il software puo’ essere acquistato da fornitori diprodotti GIS (GIS commerciali) oppure e’ public domain Costo del software: da 500 $ a 50.000 $. Fornitori principali di sistemi GIS Esri (US), Intergraph(US), Mapinfo (US) Autodesk(US), Bentley (US) SmallWorld (UK), LaserScan (UK), Apic (FR), Sicad (D)

I componenti di un GIS –3 I dati geografici sono una risorsa fondamentale Aspetti rilevanti: la significativita’ delle informazioni dipende dalla qualita’ dei dati a disposizione l’acquisizione dei dati e’ costosa Molte basi di dati geografiche (dette anche banche dati) possono essere acquistate Esempio: la banca dati CT10 della Regione Lombardia Il contenuto delle banche dati e’ descritto dai metadati Riportano informazioni sul proprietario dei dati, quando sono stati rilevati, la loro accuratezza, completezza e correttezza

I componenti di un GIS –4 Il personale In generale i progetti sono realizzati da un team interdisciplinare esperti di topografia informatici esperti applicativi

Origini del GIS 1 La disciplina si sviluppa a partire dagli anni ’60 Il primo GIS : Canada Geographic Information System (CGIS) [1963 - 1994] Nasce dall’esigenza di classificare i terreni rurali del Canada per identificare gli usi correnti e quelli potenziali terreni agricoli foreste ….. Le principali necessita’ sono quelle di gestire una quantita’ enorme di dati ed effettuare il calcolo automatico delle superfici. © 2003 Maria Damiani

Riferimento a CGIS http://geogratis.cgdi.gc.ca/

Origini del GIS - 2 Sempre negli anni 60-70…. Bureau of the Census (US) : l’Ufficio per il Censimento sviluppa un metodo per individuare automaticamente le coordinate in base all’indirizzo postale. In questo modo i dati di censimento possono essere aggregati per zona il progetto comporta la definizione di una codifica (chiamata DIME) per la rete stradale US viene utilizzata per la gestione dei dati di censimento della popolazione nel 1970

Origini del GIS –3 Istituti cartografici nazionali UK Ordnance Survey, France’s Institut Geographique National, US Geological Survey, US Defense Mapping Agency iniziano a occuparsi di cartografia digitale Universita’ di Harvard (US) Nel laboratorio di Computer Graphics and Spatial Analysis viene avviato un progetto per lo sviluppo di strumenti a supporto della realizzazione di applicazioni geografiche Settore della difesa I satelliti militari sono i precursori dei satelliti usati per scopi civili a partire dagli anni 70 (Landsat )..

Origini del GIS - 4 La storia moderna del GIS ha inizio nei primi anni 80, quando sono realizzati i primi prodotti commerciali ESRI, Intergraph (US) sono i produttori leader Sono prodotti molto costosi e complessi Graduale espansione del mercato Seconda meta’ anni 80 compaiono sul mercato prodotti di tipo “desktop” con funzionalita’ molto semplici per un mercato piu’ ampio di utenti non molto esperti Grazie alla caduta dei prezzi dell’hardware, inizia ad espandersi il mercato GIS

Origini del GIS - 5 Nell’ultimo decennio si sviluppa il concetto di base di dati geografica ( “GIS is a database problem ”) Iniziative di standardizzazione per consentire ai diversi sistemi di scambiarsi informazioni: Open GIS Consortium (1994), ISO/TC 211 Nuova generazione di prodotti, piu’ semplici da usare e piu’ attenti all’utente finale Diffusione di banche dati commerciali Sviluppo del concetto di GIScience Iniziativa OpenGIS © 2003 Maria Damiani

Parte 3. Relazione con altre discipline Una caratteristica fondamentale del GIS e’ la sua natura interdisciplinare. Alcune delle discipline coinvolte: informatica geometria computazionale scienze matematiche e statistiche topografia e cartografia geografia scienze ambientali e della terra marketing …..

Alcune tecnologie collegate Sistema di posizionamento satellitare (GPS) Progetto finanziato dal Dipartimento Difesa - US Costellazione di 24 satelliti Trasmettono a Terra segnali che consentono ad appositi ricevitori di calcolare la posizione Utilizzato soprattutto per guidare la navigazione: navi, aerei, automobili…. Sempre piu’ usato per il rilievo di informazioni sul territorio © 2003 Maria Damiani

Accuratezza della misura: 22 metri in orizzontale 27 metri in verticale Maggiore accuratezza con tecniche piu’ sofisticate

Telerilevamento Satelliti raccolgono informazioni sulla superficie e atmosfera I dati inviati ad apposite stazioni riceventi sono distribuiti sotto forma di immagini digitali (formato raster) La efficacia dipende dal livello di dettaglio che puo’ essere colto Tecnologia in rapido sviluppo Esempio : Missione SRTM per la mappatura della topografia Tecnologia di acquisizione basata su radar (www.jpl.nasa.gov/srtm) © 2003 Maria Damiani

….to obtain the most complete high-resolution Obiettivo: ….to obtain the most complete high-resolution digital topographic database of the Earth…. Tokio

Parte 4: Settori applicativi Un esempio Utente un’azienda municipalizzata per l’igiene ambientale di una provincia di medie dimensioni Contesto Piu’ di 11.000 cassonetti dislocati in citta’ devono essere svuotati da 30 camion di raccolta in giorni prestabiliti © 2003 Maria Damiani

Un esempio 2 Obiettivo dell’azienda avere una base informativa relativa ai cassonetti quali sono e dove sono collocati i cassonetti dove e’ opportuno collocare nuovi cassonetti mappe per gli autisti determinare i percorsi ottimali degli automezzi in modo da rendere piu’ efficiente la raccolta rifiuti © 2003 Maria Damiani

Un esempio 3 I dati piu’ rilevanti Gli oggetti presenti sul territorio Cassonetti Discariche Deposito automezzi Zone di servizio Strade Dati correlati ad oggetti del territorio Automezzi © 2003 Maria Damiani

Un esempio 4 RAPPRESENTAZIONE GRAFICA Aree di raccolta (esempio) Discarica (esempio) Cassonetti (esempio)

Un esempio Un problema comune a molte applicazioni e’ che i dati non sono disponibili Esempio: i cassonetti L’acquisizione della posizione e delle caratteristiche puo’ essere complessa Nell’esempio la posizione dei cassonetti e’ determinata tramite GPS (Global Positioning System) © 2003 Maria Damiani

E le strade? Anche i dati relativi devono essere acquisiti Eventualmente acquistati I dati devono essere integrati e mantenuti aggiornati © 2003 Maria Damiani

In sintesi... L’altra peculiarita’ dei dati geografici in generale e’ difficile acquisirli in generale i dati geografici possono essere usati in contesti applicativi diversi .. da cui il business delle banche dati geografiche commerciali dati comunque eterogenei che necessitano di metodi e strumenti per essere integrati il problema dell’aggiornamento dei dati La gestione dei dati e’ molto piu’ complessa che nei sistemi informativi tradizionali

Settori applicativi –1/4 Applicazioni in moltissimi settori. I settori piu’ tradizionali : pubblica amministrazione gestione delle risorse e delle infrastrutture pianificazione territoriale e dei trasporti sistemi di supporto alla sicurezza dei cittadini gestioni reti tecnologiche (reti di distribuzione gas, acqua…) manutenzione, servizio clienti pianificazione investimenti ricerca in campo ambientale applicazioni militari © 2003 Maria Damiani

Settori applicativi –2/4 Geomarketing Verso la meta’ degli anni 90, si diffondono applicazioni piu’ orientate al business: marketing logistica e trasporti studi demografici per analisi di mercato gestione immobiliare Supporto alla navigazione Diffusione del sistema di rilevamento della posizione GPS

Settori applicativi – 3/4 Servizi su Web (Web services) Applicazioni per consentire l’accesso a basi di dati geografiche remote e l’elaborazione di dati Esempi servizio per la pianificazione di viaggi

Settori applicativi –4/4 Servizi basati sulla localizzazione (Location based services ) Applicazioni per consentire l’accesso a servizi personalizzati in base alla posizione in cui si trova, attraverso un terminale mobile, ad esempio il cellulare. Esempi di location based service: fornire informazioni sui ristoranti in prossimita’ dell’utente o indicazioni per la navigazione servizi di emergenza e soccorso

Chi si occupa di Gis Utenti: Fornitori di sistemi GIS Pubblica Amministrazione Municipalizzate Utenti privati Fornitori di sistemi GIS Produttori di dati Pubblica Amministrazione Enti cartografici nazionali Fornitori privati (Seat, Teleatlas….) Centri di ricerca CNR Universita’ Sviluppatori di applicazioni Software house Consulenti Enti di standardizzazione ISO TC211 Associazioni Es: AM/FM Editoria specializzata

Il business del GIS 1/3 L’industria del software: Ammontare delle vendite: 1 miliardo di dollari (stima) www.esri.com www.ingr.com www.autodesk.com www.erdas.com www.pcigeomatics.com

Il business del GIS 2/3 L’industria dei dati: Tradizionalmente i dati sono prodotti da enti pubblici Recente crescita del settore privato www.spaceimaging.com www.teleatlas.com Stima delle vendite: molto superiore a quello del software

Il business del GIS 3/3 L’industria dei servizi (GIService) accesso a servizi tramite Internet forma di commercio elettronico in rapido sviluppo www.mapquest.com

Risorse Riviste Alcuni portali su Web MondoGis , Geomedia - Riviste italiane di divulgazione GeoInformatica International Journal of Geographical Information Science (riviste scientifiche) Alcuni portali su Web http://www.mondogis.it http://www.spaziogis.it/portale/main.htm http://www.geocomm.com/

Conclusioni GIS disciplina in evoluzione interdisciplinarieta’ applicazioni in molti settori importanza della formazione

Domande Che cosa caratterizza un dato geografico? Quali i vantaggi e gli svantaggi della cartografia rispetto ai sistemi informativi geografici ? Quali sono le ragioni alla base della diffusione del GIS? Quali sono i costituenti principali di un GIS? Perche’ l’acquisizione dei dati e’ un aspetto critico nella realizzazione di un GIS? Esemplificare alcune applicazioni GIS nel settore della Pubblica Amministrazione, Geomarketing, Location Based Services