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@MappaProject: un approccio computazionale innovativo per l’archeologia italiana #opendata #matematica Gabriele Gattiglia

Seminario di Cultura Digitale, Pisa 6 novembre 2013

Carta Predittiva del Potenziale Archeologico Carta Archeologica Carta geomorfologica Modello matematico

Open digital archaeological archive Open Data Collaborazione Trasparenza

Geologi Archeologi

Matematici Pisa, Italy

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Perché essere Open?

i beni culturali sono pubblici


E deve conoscere i risultati

la collettività paga


i dati invecchiano


Nell’ultimo decennio sono stati prodotti una grande mole di dati archeologici, spesso in formato digitale, che sono andati ad aggiungersi alle sterminate documentazioni analogiche di scavo prodotte negli ultimi 40 anni, spesso al solo scopo di giacere inutilizzati negli archivi. Assistiamo al paradosso di possedere potenti strumenti di calcolo informatico, ma pochi dati da processare, di produrre con costi molto elevati nuovi dati, per farne un uso limitato nel migliore dei casi a pochi o pochissimi riutilizzi.

Ricicliamoli!


Come essere Open?


Viene utilizzato principalmente per indicare l'accesso libero e senza restrizione degli articoli pubblicati in riviste accademiche; inoltre, l'open access copre non soltanto articoli di riviste, ma anche capitoli di libri e monografie, ed in generale ogni prodotto della ricerca. Esistono due strategie principali per garantire pubblicazioni ad accesso aperto, con numerose sfumature: • Viene definita «via verde» ("green road") la pratica dell'auto-

archiviazione ("self-archiving"), da parte degli autori, di copie dei loro articoli in archivi istituzionali o disciplinari, o ancora nei loro siti personali.

• Viene definita «via d'oro» ("gold road") la pubblicazione di riviste in cui gli articoli sono direttamente ed immediatamente accessibili ad accesso aperto.

Fonte: http://it.wikipedia.org/wiki/Open_access


http://it.wikipedia.org/wiki/Open_access

http://mappaproject.arch.unipi.it/?page_id=136

Pubblicazioni


http://mappaproject.arch.unipi.it/?page_id=136

www.mappaproject.org/webgis

MappaGIS


http://131.114.164.76:8081/mappa/mappa.phtml

motore webGIS

database server

scripting

web server

Open….source

Fonte: Noti V.: Il webGIS del progetto MAPPA: architettura del sistema e sviluppi futuri


http://mappaproject.arch.unipi.it/wp-content/uploads/2011/08/noti_webgis_ODP_2013.pdf

Professione

Tutela Pianificazione

Ricerca

Cittadinanza

Come?


http://131.114.164.76:8081/mappa/mappa.phtml

More info Anichini F., Gattiglia G.: A qualcuno piace ‘webGIS’: indicazioni pratiche per un utilizzo archeologico consapevole Kansa E.: Open access in archaeology Noti V.: Il webGIS del progetto MAPPA: architettura del sistema e sviluppi futuri

ll webGIS del progetto MAPPA

Video

15 di 59

http://www.academia.edu/4706677/A_qualcuno_piace_webGIS._Indicazioni_pratiche_per_un_utilizzo_archeologico_consapevole



http://mappaproject.arch.unipi.it/wp-content/uploads/2011/08/Pisa-OpenAccess-Kansa-FINAL.pdf

http://mappaproject.arch.unipi.it/wp-content/uploads/2011/08/Mappa_volume_13.pdf


http://www.youtube.com/watch?v=xsdIzj0ONM0


Secondo la Open Knowledge Foundation (http://it.okfn.org/) «un contenuto o un dato si definisce aperto se chiunque è in grado di utilizzarlo, ri-utilizzarlo e ridistribuirlo, soggetto, al massimo, alla richiesta di attribuzione e condivisione allo stesso modo»

…e in archeologia? 16 / 59 @MappaProject: un approccio computazionale innovativo per l’archeologia italiana #opendata #matematica

http://it.okfn.org/

Qualche dato

Per capirci meglio


Ricercatori 83% Professionisti 78% Addetti alla tutela 74%

di chi lavora in archeologia è d’accordo sulla creazione di un archivio Open Data archeologico

di chi lavora in archeologia pensa che siano uno strumento di pianificazione e tutela per il MiBAC

di chi lavora in archeologia pensa che siano uno stimolo per migliorare la qualità dei dati prodotti

Fonte: Sondaggio Mappa http://mappaproject.arch.unipi.it/wp-content/uploads/2011/08/2013_05_31_csv.csv

90% 93%

64% 61%

di chi lavora in archeologia pensa che gli Open Data rappresentino il futuro della ricerca archeologica


http://mappaproject.arch.unipi.it/wp-content/uploads/2011/08/2013_05_31_csv.csv

Accessibili, Tempestivi, Riutilizzabili

Tutelandone la «Paternità intellettuale»

L’archeologia è sempre e comunque un’attività di ricerca (dal momento che produce dati unici e

irripetibili) e non vi è ricerca finché non vi è pubblicazione del dato

I Dati sono considerati una pubblicazione scientifica

Tramite • Attribuzione codice DOI (Digital Object Identifier), un

«ISBN» digitale • Licenza CC BY / CC BY SA

OPEN

Quindi?


Doc. grafica

Doc. fotografica

Doc. compilativa

Relazioni

Apparato archeografico

(dataset)

Letteratura grigia

DATA


Aspetti legali


Legge 633/1941 Protezione del diritto d'autore e di altri diritti connessi al suo esercizio • Diritto d'autore • Diritto su banche di dati (art. 102-bis e seg) • Diritto su semplici fotografie (artt- 87-92)

Quali diritti?

Fonte: Anichini F., Ciurcina M. Noti V.: MOD (Mappa Archaeological Open Data Archive): new ideas for new minds


http://mappaproject.arch.unipi.it/wp-content/uploads/2011/08/MOD_opendata.pdf

• Quando l'opera è creativa? • Chi è l'autore? • Chi è titolare dei diritti?

Problemi Soluzioni

Liberatoria

D. Lgs. 42/2004 Codice dei beni culturali e del paesaggio • Diritto di riproduzione (artt.

106 e seg.) Autorizzazione dall'ente preposto

D. Lgs. 196/2003 Codice in materia di protezione dei dati personali • Dati relativi a persone fisiche

identificate o identificabili (nomi e cognomi di persone fisiche, fotografie e documentazione grafica, di immobili di persone fisiche)

Richiesta di diffusione dei dati (o anonimizzazione)





Attribuzione Attribuzione Condividi allo stesso modo

compatibili con diritto di riproduzione art. 106 e seg. D. Lgs. 42/2004

Licenze



Nella lista dei repositories consigliati dal Journal of Open Archaeological Data http://openarchaeologydata.metajnl.com/

MOD


http://openarchaeologydata.metajnl.com/

http://www.mappaproject.org/mod

More info Anichini F., L’analisi dei dati: un’archeologia senza aggettivi Anichini F., MAPPA survey. Gli Open Data nell’archeologia italiana Anichini F., Ciurcina M., Noti V, Il MOD: l’archivio Open Data dell’archeologia italiana Ciurcina M., Parere legale sul portale Mappa Open Data MAPPAproject, L’Open Data e l’archeologia italiana. Risultati del sondaggio on-line 2013

Video




http://mappaproject.arch.unipi.it/wp-content/uploads/2013/07/MAPPA-VOL.2.pdf




http://mappaproject.arch.unipi.it/wp-content/uploads/2011/08/MapPapers_15_parere.pdf

http://mappaproject.arch.unipi.it/wp-content/uploads/2011/08/MapPapers_15_parere.pdf




http://www.youtube.com/watch?v=D-f_PetHEDs

Modelli predittivi

A cosa servono? • Pianificazione

• Tutele

• Ricerca

Cosa sono? Servono a stimare la presenza/consistenza dei depositi archeologici


Alla pianificazione


Alla tutela


Map Algebra

Cost Surface Analysis

Alla ricerca Land use evaluation


•Dati urbani

•Cartografia storica

•Dati geografici/

geomorfologici

•Dati archeologici

PRIMARY DATA

•Dati derivati

SECONDARY DATA

Data model


US quantificazioni

Attività

Fasi Relazioni preliminari

Interventi archeologici

Livello Informativo Archeologico

Carta del Potenziale Archeologico


• Tipologia insediativa • Densità insediativa • Pluristratificazione dei depositi • Rimovibilità non rimovibilità del

deposito • Grado di conservazione del

deposito

Potenziale archeologico Parametri

• Il potenziale archeologico di un’area rappresenta la probabilità, più o meno alta, che vi sia conservata una stratificazione archeologica di minore o maggiore rilevanza.

• Si calcola attraverso l’analisi e lo studio di una serie di dati storico-archeologici e paleoambientali ricavati da fonti diverse, con un grado di approssimazione che varia a seconda della quantità e della qualità dei dati a disposizione e delle loro relazioni spaziali e contestuali.

• Il potenziale archeologico di un’area è di per sé un fattore indipendente da qualsiasi tipo di successivo intervento si vada a realizzare, che deve essere inteso come fattore di rischio contingente.

• La cartografia di potenziale archeologico è un modello predittivo e come tale è consapevolmente creata come strumento decisionale.


Con un modello matematico

Come?

Perché?

I modelli matematici possono essere applicati ad altri centri urbani generalità

• I modelli matematici sono utili nelle predizioni • La matematica può avere un impatto sulla pratica archeologica e sulla pianificazione territoriale


7. Report, explain, predict

1. Real-world problem

3. Formulate the abstract

problem

4. Solve the abstract problem

5. Interpret the

solution

6. Verify the model TESTING

2. Make assumptions BASIC RULES governing the system PROBABILITY DISTRIBUTIONS

MATHEMATICAL MODELS

STATISTICAL MODELS


• Ipotesi: se si avesse una conoscenza perfetta del sottosuolo, allora l’archeologo dovrebbe essere in grado di assegnare il potenziale in ogni punto

• Un modello matematico è dunque un modo per stimare il potenziale ogni qualvolta i dati non sono noti (sempre)

Formalizzazione


Da un punto di vista astratto

• Un punto chiave è l’identificazione delle relazioni tra ritrovamenti

• Tali relazioni possono essere spaziali o funzionali

• Queste relazioni possono rafforzare o indebolire la probabilità della presenza di una struttura più complessa rafforzano o indeboliscono il potenziale archeologico di un’area

Principi


• Analogia tra i criteri per attribuire il potenziale archeologico e quelli per assegnare l’importanza delle pagine web nei motori di ricerca

• Negli algoritmi page rank le pagine web - attribuiscono importanza alle pagine web a cui puntano (mediante un link) - ricevono importanza dalle pagine web dalle quali ricevono link

Page Rank

=+=

=

13

312

21

2/12/1ww

wwwww


Come funzione intuitivamente?


…e in archeologia ? 40 / 59 @MappaProject: un approccio computazionale innovativo per l’archeologia italiana #opendata #matematica

WORKFLOW

Categorizzazione dei ritrovamenti archeologici

Dare forma ai ritrovamenti

Entrambi influiscono sulla diffusione del potenziale

Creazione aree funzionali: • urbana • suburbana • agricola

Relazioni tra i ritrovamenti archeologici all’interno dello stesso periodo

Creazione delle carte paleogeografiche

Assegnazione del valore del potenziale informativo

Relazioni tra i ritrovamenti archeologici di differenti periodi

Livello sincronico

Livello diacronico

[*]

[**]

[***]

[****]


• Organizazione del territorio • Attività e tecniche produttive • Tecniche costruttive • Strategie e tecniche militari • Igienico-sanitario • Sistemi idrici • Viabilità/trasporti • Commerci • Coltivazione/allevamento • Alimentazione • Gestione rifiuti • Antropologia • Culto/pratiche funerarie • Aspetti politico-istituzionali • Indicatori sociali e di genere • Tempo libero • Costume • Fauna/flora • Ambiente (geomorologia)

Ogni categoria di ritrovamento archeologico può dare informazioni su:

A ciascuno è stato assegnato un valore binario. La somma dei valori dà il potenziale archeologico di ogni categoria.

[*] Assegnazione del valore del potenziale informativo


Casa-torre

bottega

vicolo

strada

corte

Relazioni tra i ritrovamenti archeologici all’interno dello stesso periodo [**]


[***] Creazione delle aree funzionali

Ritrovamenti archeologici

Aree funzionali

Partendo dal presupposto che ogni centro urbano, in ogni periodo, risulti circondato da una zona di suburbana e, più esternamente, da una zona agricola, l'algoritmo utilizza le aree funzionali, vale a dire i suddetti livelli di organizzazione spaziale, e i loro valori di potenziale assoluto, per diffondere il potenziale. L'individuazione delle aree funzionali avviene sulla base di numerosi elementi, in quanto dipende dalle tipologie di ritrovamento, dalle relazioni tra esse e dal contesto ambientale.

Per limitare la soggettività, nel definire le aree funzionali è stata utilizzata una procedura automatica.


I dati geomorfologici, stratigrafici e archeologici sono stati processati attraverso analisi geostatistiche per ottenere i DEM storici e per realizzare la mappe paleogeografiche dei 7 periodi analizzati.

Creazione delle carte paleogeografiche [***]


L’algoritmo MAPPA

Per il funziamento dell’algoritmo ogni DEM di periodo (ca 26 km2) è stato diviso in un griglia di celle di 10 x 10 m per un totale di 1.850.000 celle complessive


Il valore dei links è ottenuto pesando il valore dell’area funzionale con il dato paleogeografico

L’ area di influenza è proporzionale al valore dell’area funzionale a cui appartiene una cella

Il “peso” totale dei links distribuiti da ogni cella contenente ritrovamenti archeologici varia sulla base della probabilità stimata della presenza di un determinato ritrovamento vicino ad un’altro


Età contemporanea

Età moderna

Basso medioevo

Alto medioevo

Periodo romano

Periodo etrusco

Protostoria

Il risultato finale è stata la creazione di 7 carte di potenziale archeologico: una per ogni periodo preso in considerazione.


Periodo romano

Basso medioevo


Il risultato ottenuto è stato verificato con una campagna di 14 carotaggi. Sono stati confrontati il potenziale assoluto dei carotaggi con il potenziale stimato nella cella. Il potenziale stimato è risultato: • corretto in 9 casi su 13 pari al 69,2%; • l’errore medio - in uno scala di potenziale

compresa tra 1 e 5 - è stato pari a 0.3077 (6,15 %).

Validazione


La carta del potenziale archeologico totale è data dalla somma pesata delle singole carta di potenziale di periodo, nella quale i periodi con minori informazioni acquisiscono maggiore importanza.

La carta di Potenziale


More info Anichini F., Dubbini N., Fabiani F., Gattiglia G., Gualandi M.L.: MAPPA. Metodologie Applicate alla Predittività del Potenziale Archeologico vol.2 Gattiglia G.: MAPPA. Pisa medievale: archeologia, analisi spaziali e modelli predittivi Kamermans H. : Predictive Modeling: a view from the Ivory tower

Video





http://mappaproject.arch.unipi.it/wp-content/uploads/2013/07/PISA-MEDIEVALE.pdf

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http://mappaproject.arch.unipi.it/wp-content/uploads/2011/08/Kamermans-Pisa-2013.pdf

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http://www.youtube.com/watch?v=Kl8_E49fJFQ

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Comunicare

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…..e il futuro ? 55 / 59 @MappaProject: un approccio computazionale innovativo per l’archeologia italiana #opendata #matematica

1. Il modello sembra lavorare meglio con quei dati che si concentrano in un’area piuttosto che con dati di tipo “policentrico”. Questo è dovuto principalmente al modo in cui vengono definite le aree funzionali. Prevediamo di implementare l’algoitmo con modelli differenti in modo da poterlo utilizzare su scala territoriale;

2. È necessario valutare la bontà della stima fornita dal nostro modello, attraverso un metodo generale che identifichi un valore minimo per la quantità dei dati e/o di relazioni che siano rappresentativi e che permetta di decidere quando l’applicazione del modello sia appropriata;

3. Abbiamo lavorato solo sui dati “positivi”. Per i futuri sviluppi sarebbe importante avere anche i dati “negativi”, in modo che partecipino alla stima del potenziale.

Algoritmo MAPPA


Linked Open Data

Big Data


Tendenze nel data storage - digitalization processamento dati attraverso i computer - usability disponibilità di dati in luoghi diversi e su dispositivi diversi Benché il processo sia più evidente in altri campi, anche in archeologia queste tendenze incoraggiano la produzione di grandi quantità di dati e lo sviluppo di archivi open data

Il solo metodo per analizzare grandi quantità di dati digitali (ed eterogenei) è utilizzare metodi automatici

Qui entra in gioco la matematica: il modo per migliorare le analisi è passare da avere i dati migliori ad avere il miglior modo di analizzare I dati.


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