gis geographic information system
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Ing. M. PETRI. [email protected]. GIS Geographic Information System. Sommario. Storia e significato di GIS Tipi di dati Raster Vettoriale TIN Tipi di formato di file (sia per raster che per vettoriale) Topologia. Cos’è il GIS. GIS - SIT. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
GISGeographic Information System
Ing. M. PETRI [email protected]
Sommario
• Storia e significato di GIS
• Tipi di dati- Raster - Vettoriale- TIN
• Tipi di formato di file (sia per raster che per vettoriale)
• Topologia
Cos’è il GIS
Il sottoinsieme di una organizzazione finalizzato alla gestione dell’informazione ne
costituisce il Sistema Informativo S.I., comprendente le risorse umane, i dati e le
procedure (è presente in Comuni, Province, Regioni, imprese private, ecc..).
Il Sistema Informatico è l’insieme dell’hardware e software utilizzati per il
trattamento automatico delle informazioni allo scopo di rendere più efficiente il S.I..
Sistemi Informatici per la gestione di Basi di Dati:• File System (sistemi di archiviazione rudimentali);• Data Base Management Systems (DBMS);• DataWarehouse (per l’analisi dei dati).
Una Base di Dati è composta da• i metadati con lo schema della struttura dei dati;• i dati (istanza del DB).
S.Informativo
Risorse umane
Dati
ProcedureStrumenti Informatici
GIS - SIT
Cos’è il GIS Diverse definizioni
Un contenitore di mappe in forma digitale
Definizione
Cittadino
Utente
Uno strumento informatico per risolvere problemi geografici
Pianificatori, decision makers
Un sistema spaziale di supporto alle decisioni Scienziati e ricercatori
Uno strumento per scoprire informazioni altrimenti non leggibili in dati spaziali
Investigatori, scienziati
1963
Canada
1967
US Bureau of Census
1969
ESRI
1985
GPS
1991
Big Book 1
1994
OpenGISConsortium
1999
Gis_Day
> 1 milione di utenti abituali> 5 milioni di utenti casuali
2002
WWW
Cos’è il GIS
“Almost everything that happens, happens somewhere. Knowing
where something happens is critically important” P.Longley (2001)
Il GIS aggiunge informazione all’analisi statistica (P.Mogorovich).
7.3 %2047San Gaudenzio
7.3 %24Costamara
0.8 %714Scalterone
1.1 %14Monteventoso
5.1 %606Perinello
Ricoveri per malattie resp.
Emissioni SO2
(ton/giorno)Comune
Coefficiente di correlazione fra “Emissioni” e “Ricoveri” è di 0.38, perciò sembra non esserci un legame fra i due fenomeni.
Monteventoso
Scalterone
San Gaudenzio
Perinello
Costamara
Cos’è il GIS Object-Oriented (GIS)Map-Oriented (CAD)
Cartografia disegnata
Cartografia Numerica
GIS
N° di strati informativi
Limitato dalla scala (5-10)
Illimitato Illimitato
N° di attributi Minimo (1-3) Illimitato Illimitato
Topologia No A livello grafico Si
Semantica Segni Parti di entità Entità
Elaborazioni geometriche
No Si Si
Elaborazioni “semantiche”
No No Si
Restituzione flessibile
NoSi, a livello
graficoSi, a livello di
entità
Cos’è il GIS Alcune operazioni
Semantica
Elaborazioni “Semantiche”
Cos’è il GIS Object-Oriented (GIS)Map-Oriented (CAD)
Cartografia CTR (Map-Oriented)
Per individuare le stradedevo selezionare tutti i codici che ne delimitanoil contorno.
Cos’è il GIS Object-Oriented (GIS)Map-Oriented (CAD)
Cartografia GeoDB (Object-Oriented)
Adesso posso individuare l’oggetto strada, differenziandone gli attributi (sede stradale, piazza, parcheggio, ecc..)e posso fare delle query complesse.
Es. posso selezionare gli edifici che sono più lontani di 500 mt da un parcheggio.
I tipi di dati
(Vettoriale) (Raster, TIN)
Un dato “Vettoriale” è sempre costituito da due componenti
collegate tra loro in maniera dinamica:
componente geografica - indica la forma geometrica di ciascun
elemento
componente tabellare - contiene tutti gli attributi (in forma
alfanumerica) che descrivono le caratteristiche di ciascun
elemento geometrico
I tipi di dati - Vettoriale
I tipi di dati - Vettoriale
Ad un dato “Vettoriale” è possibile collegare dinamicamente
altri tipi di informazioni, dette “IPERMEDIALI”, quali:
– immagini (*.tiff, *.jpg, *.bmp,….)
– filmati (*.avi, *.mpeg)
– files audio
– intere applicazioni (file *.exe od altro)
– …..
attraverso dei cosiddetti Hyperlink (si vedranno in ArcMap)
• Punti sono coppie di coordinate
One-to-one relation between features in the map and records in the
table.
I tipi di dati - Vettoriale Dato puntuale
I tipi di dati - Vettoriale Dato lineare
• Linee sono insiemi di punti che definiscono il proprio shape
One-to-one relation between features in the map and records in the
table.
Nodes
Vertices
I tipi di dati - Vettoriale Dato poligonale
• Poligoni sono un insieme di linee di contorno (boundaries) che definiscono una shape chiusa
One-to-one relation between features in the map and records in the
table.
I tipi di dati - Vettoriale
• ArcGIS usa tre diverse implementazioni di dati vettoriali:
– Coverages – Shapefiles– Geodatabases
• Questi tre diversi tipi di memorizzazione dei dati hanno una diversa metodologia di registrazione dei dati.
• Coverages e shapefiles sono modelli file-based, mentre il modello geodatabase è un vero e proprio database management system (DBMS)
• Shapefile può contenere solo un tipo primitiva geometrica (linee, punti,ecc..), a differenza della coverage e del geoDB.
I tipi di dati - Vettoriale
FEATURES
o Coverages sono contenute parzialmente nella propria cartella ed in parte nella cartella comune INFO (da non cancellare !).
o Shapefiles è composto di almento tre files (con estensione .shp, .shx, .dbf) fino a sette files (con estensione .sbx, .sbn, .ain and .aih).
o Geodatabase
o E’un formato per la memorizzazione di dati relazionati (dati geometrici, tabulari, ed immagini) in un database management system (DBMS).
o Il geodatabase segue le fondamentali regole dei modelli relazionali, nei quali ciascun oggetto ed i suoi attributi sono registrati in una riga della tabella.
o Feature Class: Una collezione di features simili (objects), come per esempio edifici, fiumi, all’interno di una tabella DBMS.
o Feature Dataset: Una collezione di simili feature classes che condividono lo stesso dominio spaziale (spatial reference)
I tipi di dati - Vettoriale
Coverages Shapefiles
Texas
Counties
Evap
Info
Texas
Counties.shp
Counties.shx
Counties.dbf
Evap.shp
Evap.shx
Evap.dbf.aat.pat.nat….
Il Geodatabase
Feature dataset
Feature class s.a.
Tables
Feature class
Relazioni
GeoDBGeoDB
ArcCatalog
Case Tools (UML)Domini
Geodatabase
Feature Dataset
Feature Class
Geometric Network
Object Class
Relationship
Workspace
Il Geodatabase
I tipi di dati - Raster
• Un dato “Raster” non è collegato a nessun tipo di informazione
tabellare (salvo eccezioni)
• Un raster è adatto per descrivere fenomeni continui nello spazio
(per esempio: distribuzione di inquinanti, quota, ecc..)
• Un dato raster può servire come riferimento per l’acquisizione di dati
vettoriali
• Per lavorare con dati di tipo raster, ad alto livello, servono le estensioni
Spatial Analyst e 3D Analyst
I tipi di immagini raster• Immagini fisicheImmagini fisiche: ogni pixel indica una misura effettuata in una zona di
territorio relativa ad una grandezza definita generalmente in modo continuo sul territorio stesso
Immagine fisica
La misura può riferirsi a:
• valore medio che la grandezza assume all’interno del pixel • valore estremo • valore che la grandezza assume nel centro del pixel
• Immagini classificateImmagini classificate: ogni pixel assume il valore di un simbolo relativo ad una zona di territorio. Una immagine classificata deriva da una immagine fisica o da una conversione Raster-Vector
Immagine classificata
I tipi di immagini raster
• Immagini cartograficheImmagini cartografiche: scansione di una carta (es. CTR) tramite strumento rasterizzatore
Immagine cartografica
I tipi di immagini raster
I tipi di immagini raster
• Immagini fotograficheImmagini fotografiche: fotografie di oggetti (non possono essere ancorate al territorio con un sistema di coordinate ma possono essere usate come attributi)
Immagine fotografica
I tipi di dati - Raster
• Utilizza come primitiva grafica il PIXEL
(Picture Element)
• Immagini in formato “*.tif”, “*.bmp”, “jpg”,
MrSid, Ecw, ….
• Immagini ERDAS-Imagine.img
• Arc/Info GRIDs
I tipi di dati - Raster
La struttura piramidale del raster
• Senza la struttura piramidale, l’intero raster deve essere letto ad ogni ridisegno del display (dovuto a zoom od altro).
• Le piramidi registrano dataset files di ridotte dimensioni, di estensione .rrd (reduced resolution dataset) per incrementare la velocità di ridisegno del raster ed una migliore visibilità anche a piccole scale.
• Quando si aggiunge un raster ad ArcMap, si può scegliere di costruire la struttura piramidale
• Quello che avviene è un ricampionamento del raster ad intervalli di scala
I tipi di dati - Raster
Raster Resampling
• Nearest Neighbor– Closest cell– Continuous and Discrete data
• Bilinear interpolation– Average of nearest 4 cells– Continuous data only
• Cubic Convolution– Average of nearest 16 cells– Continuous data only
Il formato raster GRID
• Grid datasets:
– Struttura di tipo cellulare composta da celle quadrate di ugual dimensioni memorizzate in righe e colonne.
– La definizione di un GRID richiede: (1) le coordinate dell’angolo in alto a sinistra, (2) la dimensione della cella, (3) il numero di righe, (4) il numero di colonne, e (5) il valore di ciascuna cella.
– Celle che non registrano alcun valore sono chiamate NODATA cells.
Number of columns
Num
ber
of
row
s
Cell size
(x, y)
Cell size = 50 m Cell size = 10 m
Il formato raster GRID
• Grid datasets
Il formato TIN
• Triangular Irregular Network (TIN) Datasets:
– Dataset costruiti connettendo punti e con linee e costruendo dei triangoli.
– I lati dei triangoli sono costruiti connettendo i punti adiacenti, così da massimizzare il minimo angolo di ciascun triangolo (tringolazione di Delaunay)
– Il formato TIN è efficiente per memorizzare dati, in quanto la risoluzione varia con i parametri dei dati spaziali.
Il formato TIN
La triangolazione di Delaunay soddisfa il requisito che ogni cerchio disegnato passante per tre punti non ne contiene nessun altro.
La triangolazione di Delaunay ha molti vantaggi rispetto alle altre metodologie di triangolazione:•I triangoli sono il più possibile equi-angolari, riducendo così i problemi di elaborazione numerica creati da triangoli molto lunghi e stretti. •La triangolazione è indipendente dall’ordine in cui i punti sono processati.
Il formato TIN Alcuni esempi
Il formato TIN Confronto TIN - GRID
TIN GRID
Vantaggi
•Abilità di descrivere superfici a diversi livelli di risoluzione •Efficienza nella registrazione dei dati
•Facile da creare e da manipolare •Facile integrazione con i raster DB •“smoother”, apparenza più naturale delle superfici di terreno create
Svantaggi
•In molti casi richiede una ispezione visiva e un controllo manuale del network
•Incapacità di utilizzare varie dimensioni per il grid così da poter rappresentare aree di diversa complessità
Introduzione ad ArcGIS
Client
FileFile DatiDati
ArcIMS Service
ArcExplorerBrowser
Html/JAVA
ArcPadArcSDE Service
DatabaseDatabase
ArcInfo ArcEditor ArcView
ArcReader Windows, Unix, Linux
Server
DatiDati ClientClient ArcReader
ArcInfo
ArcEditor
ArcView
File
Multi-userDatabase
Web Web ServiceService
Introduzione ad ArcGIS
ArcGIS è un pacchetto di software, usato per creare, visualizzare ed analizzare dati georiferiti
sviluppato dall’ Environmental Systems Research Institute (ESRI), Redlands, California.
ArcGIS
ArcView ArcEditor ArcInfo
ArcMapArcCatalo
gArcToolb
ox
• ArcCatalog è usato per la navigazione fra i dati del DB e per il loro “managing”, per
visualizzarli e per crearne i metadati
• ArcMap è usato per visualizzare dati spaziali, per fare analisi spaziale e per creare mappe al fine di mostrare il risultato del lavoro fatto
• ArcToolbox è una interfaccia per accedere ai tools di conversione dei dati e ad alcune funzioni di analisi.
Introduzione ad ArcGIS
Le estensioni di ArcGIS
ArcCatalog-Editing metadati
Accuratezza e precisione
• Precisione: una misura della ripetibilità • Accuratezza: una misura della affidabilità, è la differenza
tra la realtà e la nostra misura
Colpire un bersaglio
1
2
3
4
ArcCatalog-Editing metadati
Edit MetadataMetadata Properties
Create/update Metadata
Import Metadata Export Metadata
Stili disponibili:• FDGC (Federal Geographic Data Committee) • FDGC Classic• FDGC ESRI• FDGC Geography Network• FDGC FAQ• ISO Geography Network• XML
Da Metadata Properties si può attivare/disattivare l’update automatico dei metadati
ArcCatalog-Editing metadati
I Metadati devono includere informazioni su
• Data del loro “rilievo sul terreno” (es. Volo del 1992)• Data della generazione• Coordinate del contorno • Passi del la fase di processing
– Software usati– RMSE, ecc.
• Da dove viene l’origine• Chi ha processato i dati• Proiezione • Sistema di coordinate• Datum• Unità di misura• Scale spaziale• Definizione degli attributi• Chi contattare per ulteriori informazioni
Topologia
Comune A
Comune B
Topologia
• Modelli di Relazioni Spaziali tra features– Connettività, Adiacenza, Prossimità– Tra uno o più feature classes
• Rende migliori i modelli dirappresentazione della Realtà
Coastline
Country boundary
Roads
Bus route
ProssimitàProssimità
Pipes Streams
ConnettivitàConnettività
Land parcels Soil
AdiacenzaAdiacenza
Topologia
Esistono due tipi differenti di topologia
Topologia ARCO-POLIGONO
Topologia ARCO-NODO
Topologia
COVERAGE Poligonale Label-Points
Topologia
COVERAGE Lineare (archi)
Topologia
COVERAGE Topologia arco-poligono
Topologia
COVERAGE Topologia arco-nodo
Topologia
COVERAGE - Costruzione topologia• Esempio Uso del Suolo
– Creazione topologia classica con ArcToolbox
• Build: polygon, line, node
• Clean
Topologia
COVERAGE - Applicazioni topologia
– Elenco di tutti i poligoni adiacenti (I, II, … ordine) ad
ogni poligono di una coverage (es. Uso del suolo)
– Caratterizzazione delle relazioni intercorrenti tra corpi
idrici sotterranei (acquiferi) diversi ed adiacenti
– …..
Topologia
COVERAGE - Applicazioni topologia
• Esempio Uso del Suolo– Elenco dei poligoni adiacenti a ciascun elemento della
Coverage
Arc# L_poly R_poly L_use
1 A B ….
2 C A ….
3 C B …..
4 C D …..
5 D B …..
AABB
CC
33
11
22
DD44
55
I poligoni adiacenti ad A sono quelli nei quali compare in L_poly o R_poly il valore A