Capitolo 1 : Introduzione ai sistemi informativi territoriali
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1.2 Dalla geografia al gis
La mappa è uno strano oggetto. Oggi è di uso quotidiano, quasi banale, adatto a mille scopi.
Eppure porta con sé la memoria di un sapere antico e gioca un ruolo fondamentale nella
storia e nella cultura della nostra società. Ci permette di misurare, rappresentare e gestire le
risorse di uno spazio geografico, viaggiare e pianificare itinerari, costruire città e anche
distruggerle. Ci consente di abbracciare con un solo sguardo i luoghi e i territori che
rappresenta. Ma, senza che ce ne accorgiamo, ci costringe a molte operazioni insieme.
Prima di tutto lo sguardo: la mappa implica la vista del paesaggio da una posizione molto
elevata, per realizzarla è necessario quindi un cambiamento radicale del nostro sguardo sul
mondo, passando dalla visione orizzontale a quella verticale. Per rappresentare territori
molto vasti su un modesto foglio di carta, poi, non possiamo disegnare tutti gli oggetti che
formano il paesaggio o le carte sarebbero illeggibili e quindi inservibili. Su una mappa
troviamo così segni e simboli che schematizzano le forme delle città, delle montagne, dei
fiumi e degli altri elementi che la compongono.
Quando sia nato tutto questo con certezza non lo sappiamo. Ad un certo punto della sua
esistenza l’uomo ha iniziato a percepire l’idea dello spazio ed a rappresentarlo. Le prime
rappresentazioni del mondo risalgono alla preistoria: incisioni rupestri realizzate da popoli
vissuti durante l’età del bronzo. In Italia sono visibili in alcune grotte dell’Arco alpino (in
Valle Camonica, o sulle pendici del monte Bego nelle Alpi Marittime). Sono immagini
piuttosto semplici, ma da esse si intuisce comunque la volontà di fornire una sintesi
descrittiva del territorio e delle sue risorse. Quasi sicuramente queste incisioni avevano una
duplice funzione: religiosa o magica, per proteggere il territorio dall’ira degli dei (ovvero
dalle catastrofi naturali) e strumentale, per delimitare i fondi, pascoli e territori di caccia. I
popoli che non hanno mai usato alcuna forma di cartografia invece, sono rari: ne esistevano
alcuni nelle foreste pluviali dell’Africa e dell’America precolombiana e in Australia.
Nell’età greca la tecnica di rappresentazione del territorio mediante carte diventa la scienza
che ha lo scopo di descrivere la Terra, nasce cioè la geografia. Le prime rappresentazioni
della Terra erano costituite da carte; più tardi il termine geografia venne esteso fino ad
indicare anche descrizioni mediante la parola. La geografia come scienza ha subito un
processo evolutivo molto complesso che più volte si è intersecato, nel corso della storia,
con un’altra scienza, la cartografia. Ha inoltre variato i termini del suo campo di indagine
ed ha generato diverse nuove scienze descrittive della Terra e varie branche specialistiche.
La sua nascita è dovuta all’esigenza di creare delle sintesi descrittive e rappresentative del
mondo abitato e dei suoi fenomeni. I viaggi e le spedizioni legate alla colonizzazione greca
avevano permesso di raccogliere moltissime informazioni sui territori che si affacciano sul
Mediterraneo, stimolando filosofi e scienziati a provare una sintesi in una forma di facile
comprensione.
Intorno al 550 a.C. Anassimandro di Mileto, consacrato alla storia come “primo
cartografo”, tentò per la prima volta di sintetizzare le conoscenze acquisite sulla Terra fino
ad allora conosciuta in una carta in cui i confini delle terre emerse erano circoscritti in un
cerchio. Successivamente Ecateo, conterraneo di Anassimandro, allargò il concetto di
geografia alla descrizione dei paesi e delle genti.
Da questo momento in poi la produzione di mappe è andata via via accrescendosi sospinta
da due leve principali: da una parte l’esigenza di controllare razionalmente, attraverso la
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commensurazione dello spazio, un ambiente spesso ostile, quale il mare, e dall’altra
l’eterna aspirazione alla comprensione dell’ordine cosmologico di cui la terra fa parte.
È al messinese Dicearco, vissuto intorno al 300 a.C., che viene attribuito il primo tentativo
di misurare le dimensioni della Terra e di costruire una carta geografica, non più con
metodi empirici come era stato fatto fino ad allora, ma con un sistema geometrico in modo
da assicurare un’esattezza almeno relativa alle distanze.
Dicearco divise la terra abitata fino ad allora conosciuta, per mezzo di due linee: una
latitudinale, che attraversava in lungo il Mediterraneo, ed una longitudinale ad essa
perpendicolare. Dividendo in stadi (unità di misura dell’epoca) le due linee, aveva generato
un reticolo sul quale era facile riportare le distanze fino ad allora conosciute.
Successivamente Eratostene di Cirene (284-203) perfezionò la carta di Dicearco
estendendone i confini, e scrisse la prima grande opera che porta il nome di Geografia, in
cui sono trattate dalla forma e dimensione della Terra, alle tecniche geometriche per la
costruzione delle carte, alla descrizione di paesi e popoli. Da quel momento in poi tanti altri
filosofi e scienziati scrissero trattati ed opere particolari in vari settori della geografia quali:
l’idrografia, l’orografia, la meteorologia. In epoca romana le campagne militari, che
condussero alla realizzazione del Grande Impero Romano, portarono nuove conoscenze,
soprattutto dei territori interni. A Roma tutte le notizie a carattere geografico che
giungevano, venivano raccolte, studiate e sintetizzate.
Sotto Augusto, il lavoro di riordinamento e sistemazione dell’Impero Romano, favorì la
realizzazione di descrizioni ufficiali delle province, dei catasti, e di quant’altro fosse utile a
fini pratici. E fu proprio la finalità pratica che distinse e caratterizzò la geografia in epoca
romana. L’obiettivo non era più quindi scrivere trattati colti ma fornire un insieme
coordinato di notizie utili agli uomini di governo, ai comandanti militari, ai governatori
delle province. Fu intorno al 120 a.C. che si ebbe il primo cambiamento radicale nel campo
della cartografia: Marino di Tiro introdusse il concetto di latitudine e longitudine misurate
in gradi secondo i principi su cui si basa la cartografia moderna. Marino di Tiro inventò la
prima proiezione geografica adoperata per le carte terrestri: la cilindrica equidistante.
Successivamente Tolomeo proseguì gli studi in questa direzione applicando due nuove
proiezioni: la conica equidistante e l’omeotera.
Il Medioevo impose una pausa alla scienza, che venne rivitalizzata solo tra il XV e XVI
secolo con le spedizioni dei grandi navigatori. Cristoforo Colombo, Amerigo Vespucci,
Magellano diedero un nuovo impulso alla geografia, non solo per le esigenze pratiche di
navigazione, ma anche per le grandi esplorazioni che risvegliarono la curiosità e l’amore
verso lo studio del mondo naturale.
In quel periodo alla notevole produzione di mappamondi si aggiunsero approfonditi studi
sulle proiezioni geografiche; nacquero quindi le proiezioni equatoriali e cilindriche, molto
usate per la rappresentazione cartografica delle nuove terre scoperte ed esplorate.
Il lavoro di sintesi delle informazioni raccolte durante i viaggi e le esplorazioni risultò
comunque tutt’altro che facile data l’enorme quantità di notizie e conoscenze che i geografi
si trovavano a dover elaborare. Così il lavoro di sintesi scientifica alla base della geografia
moderna venne ritardato ancora per lungo tempo.
Intorno alla metà del XVI secolo fu in Italia, ed in particolare a Venezia, che si decise
definitivamente di abbandonare le vecchie carte tolemaiche per comporre una raccolta di
moderne tavole di geografia accompagnate da brevi descrizioni dei paesi rappresentati.
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In sostanza l'epoca delle scoperte aveva permesso di definire le posizioni relative delle
masse terrestri e oceaniche dando la possibilità di creare, in via definitiva, la
rappresentazione cartografica complessiva della Terra, facilitata dalla messa a punto di
proiezioni cartografiche idonee a tali rappresentazioni.
Dal XVII secolo in poi dalla geografia nacquero due nuove scienze specialistiche con lo
scopo di approfondire e descrivere particolari aspetti della Terra, la geodesia che studia
forma e dimensioni della Terra, e la geologia che descrive la morfologia, la costituzione
chimico-fisica ed i fenomeni che hanno generato l'aspetto attuale della Terra.
Parallelamente, per soddisfare la necessità crescente di creare carte topografiche a grande
scala, l’olandese W. Snellius fornì alla cartografia una ulteriore innovazione, il sistema
della triangolazione nei rilievi, e diede inizio all'età moderna di questa scienza.
Il XVIII secolo fu caratterizzato dalla nascita di scienze nuove derivate dalla geografia, ma
anche dall'accrescimento delle conoscenze del territorio apportate dalle analisi statistiche.
Verso la metà di questo secolo ebbe inizio il periodo contemporaneo della scienza
cartografica con il disegno della prima carta topografica a grande scala basata su
triangolazioni e misure geodetiche: la carta topografica francese realizzata sotto la
direzione di C. F. Cassini.
Ulteriori impulsi e nuovi indirizzi vennero determinati nel secolo successivo dalle nuove
esplorazioni scientifiche e dalla spinta innovatrice delle scuole geografiche tedesche.
Ebbero così inizio osservazioni sistematiche relative ai rilievi terrestri ed alle correlazioni
che sussistono fra i vari fenomeni naturali.
La produzione cartografica si diversificò aggiungendo nuove tipologie di carte alle
geografiche e topografiche: carte geologiche, fisiche, marittime, meteorologiche, stradali,
ecc.
Verso la metà del 1800 la geografia entrò ufficialmente, come scienza sussidiaria ad altre
scienze, tra gli insegnamenti universitari in molti Stati europei; e furono gli stessi Stati che,
in questo periodo, cominciarono ad avvertire la necessità di possedere rappresentazioni
cartografiche a grande scala del proprio territorio.
La fine del 1800 e gli inizi del 1900, grazie ai continui approfondimenti nei vari campi di
analisi, diedero modo di caratterizzare la geografia contemporanea come una scienza
complessa densa di interconnessioni fra fenomeni fisici, biologici ed umani originati dal
fatto che gli oggetti ed i fenomeni insistono nel medesimo spazio influenzandosi a vicenda.
Lo studio e la comprensione di questo complesso sistema, cominciò a far nascere la
necessità di strumenti informativi e di analisi che dessero la possibilità di operare interventi
mirati a mantenere sotto controllo gli equilibri necessari alla sopravvivenza del nostro
pianeta.
Nella seconda metà del 1900 la grande evoluzione tecnologica diede una forte spinta al
rinnovamento di molte scienze tra cui ovviamente anche la geografia e la cartografia. Le
tecniche ormai raffinate di produzione di cartografia tradizionale, il rapido sviluppo degli
elaboratori elettronici e le nuove idee sull'analisi spaziale cominciarono in quegli anni a
promuovere un graduale processo di innovazione verso nuove metodologie di studio e
gestione del territorio.
Nel 1969 Ian McHarg pubblicò il libro Design with Nature che formalizzava una
metodologia di analisi spaziale basata sulla comparazione di dati tematici e sulla
produzione di cartografia di sintesi. In pratica McHarg ipotizzava l'uso della
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sovrapposizione di dati geografici strutturati in livelli informativi a singolo tematismo al
fine di realizzare carte di sintesi ottenute per combinazione logica, utili sia per la
pianificazione delle risorse naturali che per la gestione dei processi decisionali (McHarg
1969).
In quel periodo alcuni personaggi noti sia nei settori applicativi delle scienze di
pianificazione del territorio, che dell'informatica cominciarono ad analizzare la possibilità
di utilizzare gli elaboratori elettronici per le analisi geografiche, valutandone costi e
benefici. La tecnologia informatica non era ancora in grado di supportare a pieno tali scelte,
ma lo spirito pratico spinse ricercatori ed esperti applicativi a muoversi in questa direzione.
Lo scenario in cui si svilupparono le prime sperimentazioni ed applicazioni fu il Nord
America, patria dei GIS. Le due principali iniziative, alle quali si attribuisce la nascita della
scienza dei Sistemi Informativi Geografici, partirono parallele: la prima era indirizzata allo
sviluppo di software commerciale (Harvard Laboratory), la seconda doveva soddisfare
un'esigenza pratica di un ente governativo (CGIS).
Nella seconda metà degli anni 60 Howard Fisher fondò l'Harvard Laboratory for Computer
Graphics and Spatial Analysis in cui un nucleo di programmatori e specialisti in scienze
applicate, laureati alla Graduate School of Design della Harvard University, progettò e
realizzò un pacchetto software, denominato SYMAP, che permetteva di elaborare dati
geografici e di realizzare semplici carte tematiche (Chrisman 1988). Alcune centinaia di
copie furono vendute a enti governativi, università e società private, decretando il successo
dell'operazione. Successivamente, nello stesso laboratorio, furono sviluppati
software più evoluti e specifici: CALFORM che permetteva restituzioni di alta qualità con
l'uso di plotter a penne, SYMVU per restituzioni prospettiche in tre dimensioni, GRID per
l'elaborazione di dati territoriali in formato raster, POLYVRT per la conversione fra vari
tipi di formati.
Negli anni 70 il laboratorio produsse ODYSSEY il primo vero software GIS commerciale
che introduceva il concetto di struttura topologica di dati e di overlay mapping
(sovrapposizione automatica di strati informativi).
Alcune iniziative di fusione commerciale mal riuscite portarono alla disgregazione dello
staff e alla definitiva chiusura del laboratorio negli anni 80, ma le conoscenze accumulate
non andarono perse. Infatti ad alcuni fra i nomi più prestigiosi fuoriusciti dal laboratorio si
devono i prodotti software commerciali oggi più famosi nel settore dei GIS: J. Dangermond
fondatore della ESRI e S. Morehouse svilupparono e commercializzarono ARC/INFO, D.
Sinton entrò in Intergraph, ed altri ancora in Synercom. Altre università americane
contribuirono notevolmente allo sviluppo di modelli e di software GIS: l'Università di
Washington a Seattle sviluppò TEAK e vari tipi di formati di trasferimento; l'Università
dell'Oregon progettò un sistema di intersezione di poligoni vettoriali che andò a confluire
nel software ARC/INFO.
Nello stesso periodo in cui nasceva l'Harvard Laboratory for Computer Graphics and
Spatial Analysis, R. Tomlinson persuase il Governo Canadese a realizzare il primo vero e
proprio sistema informativo territoriale denominato C.G.I.S. - Canada Geographic
Information System (Tomlinson 1967). Il progetto, che aveva come principale obiettivo di
inventariare, in un sistema informativo, il territorio Canadese, coinvolse un grande numero
di persone, società ed enti governativi. Fu progettato un modello topologico che permetteva
la codifica di elementi poligonali. L'IBM realizzò , nell'ambito del progetto, uno scanner a
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tamburo per l'acquisizione rapida della cartografia. Il Dipartimento per l'Agricoltura
realizzò la cartografia di capacità d'uso dei terreni.
Nel 1971 il sistema era definitivamente operativo e conteneva un banca dati di circa 10.000
carte digitali in scala 1:50.000 in più di 100 diverse tipologie.
Confortati dalle prime esperienze positive molti altri enti governativi americani
impostarono sistemi informativi a base geografica. Il CENSIS Bureau degli Stati Uniti
sviluppò un sistema di georeferenzazione dei dati statistici e un software che permetteva di
collegare agli elementi geografici informazioni numeriche attraverso gli indirizzi (USBC
1969 - 73).
Anche il Geologycal Survey degli Stati Uniti sviluppò un GIS per l'analisi delle risorse
naturali a partire dal 1973. Integrando le informazioni provenienti dalle immagini inviate
dai nuovi satelliti per il telerilevamento, dalle carte preesistenti e da rilievi in campo,
produsse carte digitali di uso e copertura del suolo (Mitchell 1977).
Il telerilevamento da satellite ebbe in quegli anni un ruolo importante nello sviluppo dei
sistemi informativi territoriali, in quanto permise di generare cartografie tecniche e
tematiche digitali a scala medio-piccola a costi contenuti e soprattutto di mantenerle
costantemente aggiornate. Al telerilevamento si deve anche lo sviluppo di sistemi software
per l'elaborazione di dati raster, oggi sempre più integrati con i software GIS vettoriali.
Sulla scia di queste ulteriori esperienze molti altri enti governativi, sia centrali che locali,
iniziarono ad interessarsi ai GIS.
Anche in Europa, spinti dai risultati delle prime esperienze d'oltre oceano, alcuni centri di
ricerca ed enti governativi si spinsero verso le nuove tecnologie (Provincia di Bologna
1994).
Nei primi anni settanta l'Ordinance Survey della Gran Bretagna, l'ente nazionale
cartografico, per sopperire a problemi di gestione del materiale di produzione e di
aggiornamento dello stesso, avviò il programma di digitalizzazione della cartografia.
Seguirono Svezia, Finlandia, Germania e Francia.
Con la produzione sistematica e la disponibilità di cartografia digitale sia di tipo
topografico che di tipo catastale, molte amministrazioni acquistarono sistemi informatici
per la gestione di dati geografici. Come in Europa anche in Italia i Sistemi Informativi
Geografici stanno vivendo in questi ultimi anni un momento di forte sviluppo, nonostante
la scarsa produzione di cartografia numerica da parte degli enti nazionali preposti. Le
regioni sopperiscono a questa carenza con la produzione in forma digitale di Cartografia
Tecnica e Tematica. La maggior parte dei Ministeri, delle Regioni e delle Provincie italiane
si sono già forniti di Sistemi Informativi Geografici. La diffusione capillare presso gli enti
locali, le università ed i privati sta avviandosi in questi ultimi tempi grazie alla disponibilità
di banche dati geografiche e di software GIS su Personal Computer.
Capitolo 1 : Introduzione ai sistemi informativi territoriali
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1.3 Che cos’è un gis
Un Sistema Informativo geografico, o GIS (da Geographic Information System), è un
Sistema informatico per l'acquisizione, conservazione, analisi e visualizzazione di dati
geografici,oggi con questo termine facciamo riferimento a tutti quegli strumenti collegati
alla gestione dell’ambiente e del territorio e sono ormai presenti in tutte le attività della
società moderna. Allo scopo di rappresentare e gestire le informazioni spaziali mediante un
GIS, è necessario utilizzare una rappresentazione dei dati che sia sganciata dalla realtà
fisica; questo viene realizzato definendo un modello dei dati che sia abbastanza ampio da
accogliere al suo interno tutti gli oggetti che esistono nel mondo fisico (aree, linee, punti,
quote, ecc.) e che sia sufficientemente elastico da permettere di adattarlo a tutte le
combinazioni che effettivamente occorrono nella realtà. Rispetto ad una rappresentazione
puramente geometrica degli oggetti presenti nella realtà, ad un GIS viene richiesto di
mantenere e gestire tutte le informazioni che riguardano le mutue relazioni spaziali tra i
diversi elementi, come la connessione, l'adiacenza o l'inclusione, cioè di strutturare i dati
definendone anche la topologia. Oltre a questi due aspetti geometrico e topologico, il
modello dei dati, per essere efficace, deve prevedere l'inserimento al suo interno dei dati
descrittivi dei singoli oggetti reali, definibili come attributi. Questi tre insiemi di
informazioni (geometria, topologia, attributi) vengono poi effettivamente implementati in
un GIS mediante uno specifico modello fisico, che oggi si basa su strutture dei dati di tipo
relazionale, tipiche dei data base più evoluti e su architetture hardware e software di tipo
client /server , tipicamente in reti locali di elaboratori.
1.3.1 I Sistemi di proiezione e di riferimento
La posizione di elementi sulla superficie sferica della terra è individuata attraverso un
sistema standard di coordinate geografiche. Il più noto sistema di riferimento è quello di
individuare un punto sulla superficie terrestre attraverso due coordinate: la latitudine e la
longitudine.
Latitudine e longitudine sono angoli misurati a partire dal centro della terra verso un punto
sulla superficie terrestre;
• la latitudine varia da nord a sud,
• longitudine varia da est a ovest.
Sulla superficie terrestre è costruita una griglia ideale
• le linee della longitudine, denominate meridiani, iniziano e terminano ai due poli;
• le linee della latitudine, denominate paralleli circondano il globo attraverso anelli
paralleli.
Capitolo 1 : Introduzione ai sistemi informativi territoriali
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Tale sistema è un sistema di riferimento geografico basato sulla misura degli angoli e non
un sistema di riferimento bidimensionale o piano, pertanto non si presta bene per una
accurata misura delle distanze,così che la ampiezza di un grado di longitudine all’equatore
è 111 miglia in lunghezza, mentre ai poli per la stessa ampiezza di un grado la lunghezza
converge a zero.
Per la misura delle distanze e per la rappresentazione è più utile un sistema di riferimento
piano, noto come sistema di riferimento Cartesiano, che consente di rappresentare porzioni
della superficie terrestre su una mappa.
La cartografia assimila il geoide ad una sfera e la creazione di rappresentazioni piane a
partire dalla superficie sferica avviene attraverso delle conversioni matematiche note
comunemente con il termine proiezioni cartografiche.
Poiché la definizione di coordinate geografiche sullo sferoide risulta piuttosto complessa; si
è scelto di approssimare il geoide attraverso un ellissoide di rotazione detto ellissoide
terrestre.
Risulta che il massimo scostamento fra geoide ed ellissoide terrestre è di circa 100 m.
Viene definito ellissoide di rotazione con centro nell’origine del sistema di riferimento il
luogo dei punti x,y,z tali che:
(X^2+Y^2)/a^2 + Z^2/b^2 = 1
a semiasse maggiore o equatoriale dell’ellissoide;
b semiasse minore o polare dell’ellissoide.
A seconda dei valori assunti da a e b abbiamo ellissoidi di forme diverse. Inoltre in
funzione dei
due semiassi vengono definiti i seguenti parametri di forma:
α=(a-b)/a e^2=(a^2-b^2)/a^2
Definiti rispettivamente come schiacciamento ed eccentricità nella tabella sono mostrati i
principali ellissoidi utilizzati nel corso degli anni;
Capitolo 1 : Introduzione ai sistemi informativi territoriali
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Una volta definito un sistema di riferimento e l’ellissoide associato è possibile definire le
coordinate geografiche o ellissoidiche (latitudine), (longitudine) , h (altezza ellissoidica) di
un punto P
latitudine: angolo compreso tra la normale all’ellissoide condotta per P e il piano
equatoriale XY;
longitudine: angolo compreso tra il piano meridiano passante per P ed un piano meridiano
assunto come origine (meridiano di Greenwich);
altezza ellissoidica h: distanza lungo la normale all’ellissoide fra P e l’ellissoide stesso.
La terna (ϕ,λ,h) è in corrispondenza biunivoca con le coordinate cartesiane (X,Y,Z) e
individua
quindi il punto P. Si noti che il passaggio da (ϕ,λ,h) a (X,Y,Z) è risolvibile agilmente in
forma chiusa; il passaggio inverso deve invece essere risolto mediante opportuni, ed ormai
ben noti, processi iterativi.
Tutti i metodi di rappresentazione cartografica dovendo rappresentare una superficie sferica
su di un piano presentano delle deformazioni, tali deformazioni possono essere angolari,
lineari e areali. A seconda del tipo di deformazione, che si può correggere o per via
geometrica o per via analitica, si potranno ottenere carte caratteristiche diverse. Si possono
così ottenere tre tipologie di carte :
ξ Carta conforme (isogona o autogonale) in cui si ha corrispondenza biunivoca tra
angoli reali ed angoli misurati sulla carta;
ξ Carta equidistante in cui si ha proporzionalità diretta tra le distanze lineari
misurate sulla carta e quelle misurate sul terreno, tale l’equidistanza può essere
misurata al più lungo una determinata serie di linee, per esempio i paralleli, i
meridiani o le circonferenze massime passanti per un dato punto;
ξ Carta equivalente (autalica) in cui si ha proporzionalità tra le aree misurate sulla
carta e le corrispondenti sul terreno (carte catastali).
L’obiettivo è quello di realizzare il miglior compromesso fra le diverse deformazioni.
Esistono tre famiglie di proiezioni riconducibili a ciò che si può ottenere con la geometria
proiettiva: Azimutali, cilindriche e coniche:
Le proiezioni azimutali, sono così chiamate perché nella carta mantengono inalterati gli
azimut, ossia l’angolo che una certa direzione forma con la linea meridiana a partire da
nord.Nella Proiezione azimutale il piano della carta, o quadro, è tangente alla sfera in un
Nome (anno) a (m) b (m)
α e^2
Bessel (1841) 6377397.155 6356078.963 1/299.152813 667437223
10^ -3
Hayford (1909) 6378388.000 6356911.946 1/297.000000 672267002
10^- 3
WGS-84 (1984)
6378137.000 6356752.314 1/298.257224 669437990
10^- 3
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punto detto centro di proiezione. Un gruppo particolare di tali proiezioni sono le proiezioni
prospettiche, in cui si ha la
proiezione della superficie del globo o di parte di essa da un determinato punto di vista su
un piano. Nelle proiezioni coniche il globo è inviluppato in una superficie conica sulla
quale viene proiettato il globo stesso,proiezioni coniche di Lambert,che ne propose una di
tipo equivalente ed una di tipo conforme.
In quelle cilindriche il globo è inviluppato in un cilindro tangente al globo stesso e
sviluppato sul piano.
Proiezione Azimutale Proiezione Conica Proiezione Cilindrica
Il problema principale della cartografia è quello di riuscire a stabilire un legame biunivoco
tra i punti della superficie terrestre (geoide) e quelli corrispondenti del foglio (mappa).
Importante sapere che l’utilizzo dei vari metodi di rappresentazione comporta una serie di
errori o deformazioni tra la superficie reale (geoide) e quella rappresentata (piana).
Tra i sistemi di riferimento utilizzati come rappresentazione cartografica internazionale
ricordiamo il sistema U.T.M. (Universal Transvers Mercator),basato sulla proiezione
traversa di Mercatore e riferita all’aria compresa tra i paralleli standard 80° S e 84° N ; si
ricorda che nell’adozione del sistema U.T.M. in base ad una convenzione internazionale si
scelse il meridiano passante per l’osservatorio astrofisico di Postdam in Germania come
meridiano di riferimento (European Datum 1950, ED_50). In riferimento alla cartografia
italiana (cartografia tecnica comunale o regionale ) si utilizza maggiormente il sistema di
riferimento Gauss-Boaga, riferito alla triangolazione geodetica italiana orientata con il
meridiano passante per Monte Mario.La proiezione adottata è di tipo cilindrica inversa ed è
stata utilizzata dal topografo italiano Boaga per lo sviluppo su territorio nazionale.
1.3.2 La georeferenziazione
Caratteristica fondamentale di un GIS è la sua capacità di georeferenziare i dati; ovvero di
attribuire ad ogni elemento le sue coordinate spaziali reali. In altre parole, le coordinate di
un oggetto non sono memorizzate relativamente ad un sistema di riferimento arbitrario ma
Capitolo 1 : Introduzione ai sistemi informativi territoriali
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sono memorizzate secondo le coordinate del sistema di riferimento in cui realmente è
situato l'oggetto.
La scala di rappresentazione diventa a questo punto solamente un parametro per definire il
grado di accuratezza e la risoluzione delle informazioni grafiche, e quindi utilizzabili ad
esempio per definire la densità di rappresentazione: ad una scala minore, elementi come gli
edifici non vengono rappresentati e compaiono gli isolati o le aree urbanizzate.
1.3.3 Il modello dei dati
L' archiviazione dei dati, una volta definito il sistema di riferimento ed il modello dei dati,
avviene normalmente utilizzando due formati: vettoriale e raster.
Per dati vettoriali si intendono dati geometrici memorizzati attraverso le coordinate dei
punti significativi degli elementi stessi: ad esempio un cerchio potrebbe essere memorizzato
attraverso le coordinate del suo centro e la misura del suo raggio.
Per dati raster si intendono invece dati memorizzati tramite la creazione di una griglia
regolare in cui ad ogni cella (assimilabile ad un pixel) viene assegnato un valore
alfanumerico che ne rappresenta un attributo: in questo modo, per esempio, aree possono
essere rappresentate da insiemi di celle adiacenti con lo stesso valore. I valori assegnati alle
celle possono rappresentare sia singoli fenomeni naturali od antropici (temperatura, uso del
suolo,ecc), sia il risultato della combinazione di più informazioni attraverso metodologie di
analisi (ad es : la risultante, per ogni cella, della combinazione di temperatura, direzione del
vento, tipo di copertura vegetale) od anche semplicemente attributi grafici come la tonalità
di grigio od il colore.
In ogni caso l'elemento più importante del modello dati di un GIS rimangono sempre gli
attributi. Infatti una applicazione per cartografia ha l'obiettivo principale di riprodurre su
carta delle cartografie, mentre un GIS ha il suo obiettivo principale nell'analisi dei dati , per
diventare uno strumento di supporto alle decisioni .
L'utente di un GIS ha quindi bisogno di rappresentare un tematismo , correlato a più banche
dati. Per ottenere questo potrebbe interrogare una banca dati di tipo relazionale.
I dati spaziali e i dati attributo sono collegati in maniera biunivoca tramite un codice
identificativo che lega in maniera inequivocabile ciascun dato spaziale al rispettivo insieme
di dati attributo.
figura 1 : dati geografici e attributo usati in un GIS
Capitolo 1 : Introduzione ai sistemi informativi territoriali
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La tabella in figura 1 contiene un esempio di tale organizzazione dei dati. Sono presenti
colonne attributo (area, codice ISTAT, residenti).
La colonna (field) a sinistra contiene il codice ID (identificativo) che consente di legare
univocamente i dati geografici a quelli attributo, e svolge dunque il ruolo di chiave primaria
proprio delle tabelle secondo l’approccio relazionale. Una prima caratteristica importante
del metodo del GIS è dunque quella di operare una distinzione logica e rigorosa tra la parte
geografica e la parte non-geografica di ciascun dato.
Le righe (records) contengono zone di censimento nelle province di Napoli e Salerno. Tali
zone sono evidentemente rappresentate nel database da poligoni, di cui infatti vengono dati
area e perimetro.
Gli attributi (popolazione, portata, livello d’inquinamento) sono rappresentati da misure
quantitative, che possono essere su scala nominale (non c’è alcuna relazione fra i vari
attributi, es. zona agricola/industriale/residenziale, di solito usata in classificazioni binarie
tipo urbano/rurale, maschio/femmina), ordinale (in cui è possibile ordinare gli attributi
secondo una gerarchia, ma non vi è modo di sapere di quanto un valore sia superiore a
quello che lo precede), o su scale metriche, a loro volta suddivise in misure ad intervalli (in
cui è possibile valutare la distanza fra i valori di due misure ma non il loro valore assoluto,
esempi tipici le scale Celsius e Fahrenheit per la misura della temperatura), o infine su scale
razionali (in cui si dà anche uno zero assoluto per cui è possibile raffrontare valori anche
calcolandone il rapporto) (Earickson e Harlin, 1994).
Il significato di tali scale di misura è quello di precisare come un database GIS sia in grado
di contenere e definire in maniera rigorosa l’intera gamma di misure, da quelle puramente
qualitative, fino a quelle quantitative, ma tutte quantificate secondo criteri rigorosi.
Gli attributi che possono risiedere anche su più sistemi ed essere aggiornati da molti
applicativi, sono in genere memorizzatisu dei data base relazionali ed interrogabili mediante
linguaggi di tipo SQL (Structured Query Language).La capacità di integrare, nel modello
dati di un GIS, attributi provenienti da diversi data base anche raggiunti in rete locale o
geografica mediante strutture relazionali e secondo formalismi SQL è oggi una necessità
imprescindibile.
Una peculiarità che distingue i GIS dai sistemi di cartografia numerica più
tradizionali è quindi la possibilità di associare ad elementi geometrici rappresentativi di
oggetti o aree sul territorio, attributi ed informazioni di vario tipo (dati alfanumerici, testi,
foto, disegni,ecc.).
Per i dati raster è possibile associare ad ogni cella elementare, rappresentativa di una
certa area sul territorio, un numero infinito di attributi.
Capitolo 1 : Introduzione ai sistemi informativi territoriali
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Inoltre a classi di attributi possono essere associate ulteriori informazioni. Per esempio, in
un'immagine da satellite, ad ogni cella sono associate le risposte spettrali delle diverse
bande, oltre a poter essere associato il valore di classe di uso del suolo calcolato con
opportuni algoritmi sulla base delle varie risposte spettrali. Per quanto riguarda il formato
vettoriale, gli oggetti presenti sul territorio possono essere rappresentati da elementi
puntuali, lineari o poligonali o da insiemi compositi di questi elementi di base (oggetti).
Ad ogni elemento o ad ogni insieme di elementi è possibile associare un numero infinito di
attributi e definire le relazioni che sussistono fra di essi. Generalmente gli attributi del
formato vettoriale sono inseriti in un data base relazionale, pertanto la definizione di tabelle
e relazioni può essere considerata dinamica e flessibile nel tempo, cosa che offre
potenzialità molto vaste nella struttura degli archivi e nelle applicazioni.
Un'altra differenza sostanziale tra i GIS ed i software di cartografia numerica è la possibilità
intrinseca dei primi di elaborare i dati geografici attraverso algoritmi matematici. La
disponibilità di algoritmi di elaborazione dei dati è un parametro molto importante per
valutare le potenzialità di uno strumento GIS. Per le due tipologie di formato dati,
tralasceremo le funzioni generali quali quelle di riclassificazione, unione in adiacenza,
Capitolo 1 : Introduzione ai sistemi informativi territoriali
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generalizzazione, eliminazione di distorsioni, ecc. che, se pur diverse come approccio
matematico e metodologico, incidono meno nella comparazione tra i due sistemi.
Gli algoritmi di overlay mapping, cioè di sovrapposizione ed integrazione di più strati
informativi, sono presenti per entrambi i formati. Nel formato raster sono più semplici dal
punto di vista matematico e più intuibili dal punto di vista utente e permettono infinite
combinazioni di strati. Per il formato vettoriale sono più complesse in tutti i sensi, ma
sicuramente più precise elaborano dati sul continuo e non sul discreto.
Per gli algoritmi di buffering, cioè di generazione di aree di rispetto intorno ad elementi
geografici, e per la famiglia di algoritmi per l'elaborazione di modelli digitali del
terreno,valgono le stesse considerazioni sopra descritte. Invece alcuni algoritmi sono
disponibili solo sulla tipologia di formato che facilita l'approccio al problema .Gli algoritmi
per l'analisi di intorno o per la ricerca di percorsi di minimo costo sono tipici del formato
raster, mentre gli algoritmi per l'allocazione di risorse, per la ricerca dei percorsi ottimali, di
segmentazione dinamica, sono tipici del formato vettoriale. In sintesi i due formati si
distinguono proprio in base alla disponibilità di algoritmi di elaborazione
1.4 Componenti di un Gis
Lavorare con un Gis, significa, avere a disposizione una serie di componenti indispensabili
all’elaborazione e rappresentazione dell’informazione. Tra le principali componenti
ricordiamo:
ξ un computer hardware cioè una struttura in grado di supportare il sistema
informativo geografico e una serie di periferiche che consentano il trattamento dei
dati geografici quali monitor grafici ad alta risoluzione plotter o stampanti grafiche
scanner tavolette ecc..
ξ tool software per l’analisi dei dati rappresentano i programmi software in grado di
gestire le informazioni geografiche, sono spesso corredati di estensioni o strumenti e
si classificano in base al tipo di architettura informatica (rete client/server ,rete
locale)
ξ dati spaziali o geografici sono la componente essenziale di un Gis ; essi possono
essere geografici ossia associati ad un sistema di coordinate georiferito per indicare
la posizione esatta di un fenomeno geografico sulla superficie terrestre, e
alfanumerici che rappresentano un’informazione descritta mediante i caratteri o
numeri , non legata ad un sistema di coordinate ed associata ai dati spaziali.
Dalla interazione di queste tre componenti è possibile, con le tecnologie messe oggi a
disposizione , ottenere un vero e proprio sistema informativo territoriale ,ossia un vero e
proprio database cartografico correlato di dati alfanumerici atti a fornire informazioni utili
all’elaborazione dei dati stessi.
Capitolo 1 : Introduzione ai sistemi informativi territoriali
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1.5 I Gis sul Web
Le tecnologie informatiche e telematiche sono sempre più diffuse ed utilizzate nella nostra
società, a seguito dell'aumento di applicazioni disponibili, flessibilità d'uso, affidabilità e
diminuzione dei costi. Tra i fattori determinanti per l'affermazione dell'informatica nel
mondo del lavoro, uno dei principali è sicuramente costituito dall'elevato grado di
maturazione della tecnologia delle basi dati, e degli strumenti Database Management
System (DBMS), che consentono la loro manipolazione.
Tali tecnologie permettono di archiviare e correlare in modo sistematico e affidabile
un'ampia gamma di informazioni anche multimediali, potendole poi recuperare, interrogare,
elaborare, visualizzare e presentare efficacemente, anche tramite procedure automatizzate.
Gli strumenti GIS di manipolazione delle informazioni sono ampiamente sviluppati, anche
se purtroppo solo parzialmente integrati ed interoperabili, questioni sulle quali sta
lavorando un apposito consorzio a livello mondiale.
Un ulteriore fattore chiave è costituito dalla diffusione della rete internet.
Inizialmente considerata come regno dell'anarchia, ha invece assunto in pochi anni il ruolo
di strumento e ambiente di lavoro e comunicazione e le sue tecnologie stanno avendo una
continua evoluzione.
Negli ultimi anni sono stati sviluppati strumenti software usualmente indicati con il
termine Web-GIS che permettono un interessante grado di interazione tra DBMS, GIS,
internet. Questi strumenti permettono in sostanza di pubblicare in internet basi dati
geografiche residenti nella propria rete aziendale.
Il client remoto, con un semplice browser HTML disporrà di basilari operazioni per
la fruizione del dato, ad esempio: zoom, pan, semplici interrogazioni di oggetti geografici,
selezioni dalla mappa. Nel caso il client disponga di un opportuno software GIS, saranno
possibili operazioni più evolute.
L'attenzione di cui sono oggetto i software Web-GIS è testimoniato dal fatto che vengono
sviluppati praticamente da tutte le tipologie di aziende: dalle multinazionali leader di
mercato, ad aziende di livello nazionale, a piccole software house specializzate, fino ad
arrivare al mondo dell'open source.
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