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Introduzione ai Sistemi Informativi Geografici

Maria Luisa DamianiDipartimento di Informatica e Comunicazione

Universita’ degli Studi di MilanoCorso di Sistemi Informativi Geografici

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Sommario

Parte 1: Dalla cartografia ai sistemi informativi geografici

Parte 2: Definizioni e origini Parte 3: Relazione con altre tecnologie Parte 4: Settori applicativi

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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

Parte 1: Introduzione

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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?

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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)

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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

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Esempio

Tabula peutingeriana

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EsempioMetro di Londra

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Esempio

Ortofoto

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Esempio

MeteoSat 7

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Esempio

Modello digitale del terreno

Antartide

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Esempio

Mappa interattiva

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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

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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

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I dati 2/2

Dati numerici Parole Tabelle Grafici Disegni Foto e immagini fisse Animazioni Suoni Video Dati geografici

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I dati geografici 1/2 Dati che riguardano oggetti e fenomeni collocati in uno

spazio Esempio:

• le strade della Lombardia,

•

nome numero_di_corsiedove si trova

STRADA

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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)

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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

19quindi Mario Rossi abita “vicino” a Piazza Cadorna,…...

Mario Rossi

Esempio

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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

La conoscenza geografica

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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

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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 ?

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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

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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

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I componenti di un GIS

Un sistema informativo geografico e’ costituito da: • hardware• strumenti software• dati • personale• la rete

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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

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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)

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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

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I componenti di un GIS –4

Il personale In generale i progetti sono realizzati da un team

interdisciplinare• esperti di topografia• informatici • esperti applicativi

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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 agricoliforeste…..

Le principali necessita’ sono quelle di gestire una quantita’ enorme di dati ed effettuare il calcolo automatico delle superfici.

Origini del GIS 1

31http://geogratis.cgdi.gc.ca/

Riferimento a CGIS

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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

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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 )..

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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

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

Origini del GIS - 5

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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 …..

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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

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)

Obiettivo:

….to obtain the most complete high-resolution

digital topographic database of the Earth….

Tokio

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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

Parte 4: Settori applicativi Un esempio

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

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

Cassonetti (esempio)

Aree di raccolta (esempio)

Discarica (esempio)

RAPPRESENTAZIONE GRAFICAUn esempio 4

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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)

• E le strade? Anche i dati relativi devono essere acquisiti

• Eventualmente acquistati• I dati devono essere integrati e mantenuti

aggiornati

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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

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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

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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

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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

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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

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Chi si occupa di GisUtenti:

Pubblica AmministrazioneMunicipalizzateUtenti privati

Fornitori di sistemi GIS

Sviluppatori di applicazioni

Software houseConsulenti

Produttori di dati

Pubblica AmministrazioneEnti cartografici nazionaliFornitori privati (Seat, Teleatlas….)

Editoria specializzata Associazioni

Es: AM/FM

Enti di standardizzazione

ISO TC211

Centri di ricerca

CNRUniversita’

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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

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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

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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

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Risorse Riviste

• 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/

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Conclusioni

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

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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