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© 2003 Maria Damiani 1
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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3
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
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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
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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
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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
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Accuratezza della misura:
22 metri in orizzontale
27 metri in verticale
Maggiore accuratezza con tecniche piu’ sofisticate
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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)
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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
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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
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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
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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)
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• 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