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Corso di

Gestione dellInformazione Geo-spaziale

I dati geo-spaziali: introduzione

Maria Luisa Damiani

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Sommario

Cenni di cartografia Concetti rilevanti

Relazione tra cartografia e GIS

Breve storia del GIS

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Cartografia e Geodesia

Geodesia: disciplina che studia la forma della Terra, le suedimensioni, i metodi per determinare la posizione dei punti sulla suasuperficie

Cartografia: Disciplina che ha per oggetto la rappresentazionegrafica, in proporzioni ridotte, della superficie terrestre o di una partedi essa, dei suoi aspetti caratteristici, dei fenomeni che vi si svolgono

e la preparazione e la costruzione delle carte geografiche

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Brevi cenni storici: cartografia antica

Alcuni riferimenti:

Eratostene (Egitto, 290-210 a.C.): metodo per il calcolo delmeridiano terrestre

Tolomeo (Alessandra dEgitto, 100-178 d.C.): attribuzione dicoordinate latitudine e longitudine a luoghi; metodi di proiezione

Carta Peutingeriana (375 d. C): carta delle vie che da Roma

portavano alle localitadellimpero romano

6Fonte: Cartografia tematica e automatica, F. Migliaccio, Libreria Clup

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La dimensione della Terra: metodo diEratostene

Eratostene riteneva che le citt di Assuan e Alessandria si trovassero sullostesso meridiano e che la Terra fosse sferica. La distanza fra le duelocalit era nota (valutata in 5000 stadi).

Osservazione: in un preciso giorno e ora dellanno, i raggi solari adAssuan sono esattamente perpendicolari alla superficie mentre adAlessandria formano un angolo d 7 12

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La misura della circonferenzaC della Terra si ottiene da unasemplice proporzione

C/360 =5000/712

C= 250000 stadi dove1 stadio = 157,5 m da cuiC approx 39375 km (contro40075m reali)

Le misurazioni della Terra

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Carta di Tolomeo

9Carta riprodotta utilizzando una delle proiezioni di Tolomeo

Autore del trattato Geografia in cui sono riportate una ventina dicarte di diverse regioni del mondo noto. Riporta le coordinategeografiche di alcune migliaia di localit e utilizza metodi proiezione

Carta Peutingeriana

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Copia di una carta dellepoca romana rinvenuta nel XIII sec.Rappresenta, tra laltro, la rete viaria che congiunge le localita importantidellImpero

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Qualche affinit?

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Cartografia moderna

La cartografia moderna ha inizio nel XVI secolo. Al suo sviluppocontribuiscono le imprese marinare e la invenzione dellastampa

Mercatore (1512-1594) costruisce una carta fondamentale per lanavigazione

Nuovo impulso per la geodesia: Copernico (1473-1543), Newton

(1642-1727) Prima cartografia della Francia con le curve di livello per la

rappresentazione altimetrica (1731)

Gauss definisce una proiezione cartografica ancora moltoutilizzata (a cavallo fra 700 e 800)

1872: in Italia viene costituito lattuale Istituto GeograficoMilitare

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Concetti cartografici fondamentali

Concetti di cartografia e geodesia di base Il modello geometrico della Terra (ne parliamo la prossima lezione )

Proiezione cartografica

Scala

Classificazione delle carte

Rappresentazione simbolica/grafica

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Proiezione cartografica

Definisce una corrispondenza biunivoca tra coordinategeografiche (latitudine e longitudine) e coordinatecartesiane

Espressa in termini di equazioni, dette anche equazionidella carta

(x, y)=f(, ) corrispondenza diretta (, )=g(x,y ) corrispondenza inversa

= longitudine

= latitudine

x,y = coordinate sul piano cartesiano

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Esistono molteplici proiezioni, riconducibili a 3principali tipologie: azimutale, cilindrica, conica

Principali tipi di proiezione

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Esempio: la proiezione di Mercatore una proiezione cilindrica. Si ottiene perproiezione dei punti della Terra dal suocentro su un cilindro tangenteallequatore. Preserva gli angoli madeforma aree e distanze

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Esempio

Equazioni della carta di Mercatore

a=raggio della Terra

= longitudine

= latitudine

x,y = coordinate sul piano cartesiano

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La nozione di scala Rapporto fra la distanza misurata sulla carta e la

distanza misurata sulla superficie terrestre La scala viene indicata comunemente tramite il rapporto di

scala 1:N. Indica che a ununit di lunghezza sulla cartacorrispondono N unit sulla superficie terrestre

Esempio: ad una scala 1:10000, la misura di 1 cm sullacarta corrisponde a 100 m.

(cont)

La scala di una carta indica implicitamente il livellodi dettaglio con cui linformazione geografica vienerappresentata Nella cartografia tradizionale vi un limite fisico alla

dimensione degli oggetti rappresentabili su supportocartaceo. In particolare, un elemento che ha una

rappresentazione minore di 0,2 mm (convenzione) non puessere rappresentato e deve essere raffigurato in formasimbolica

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Classificazione delle carte in base allascala

Piante, mappe, carte tecniche (grandissima scala)

1:500/1:1.0001:10.000

Carte topografiche (grande scala)

1:10.0001:100.000/1:200.000

Carte corografiche (media scala)

1:200.0001:1.000.000

Carte generali o geografiche (piccola scala)

1:1.000.0001:5.000.000

Carte geografiche, mappamondi, planisferi (piccolissima scala)1:5.000.0001:100.000.000

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(cont)

20http://www.geografia-applicata.it/wordpress/wp-content/uploads/2010/09/01_Definizioni.pdf

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(cont)

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(cont)

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Esempi di carte della Lombardia

Carta tecnica comunale (1:2000, Milano)23

Carta tecnica regionale (1:10000, Lombardia)

Classificazione delle carte in base alcontenuto

Carte generali o di baseRiproducono alcune caratteristiche di base del territorio,tipicamente: elementi naturali del territorio (e.g. altimetria,vegetazione, uso del suolo); elementi artificiali (urbanizzato, viabilit,reti tecnologiche); limiti amministrativi

Carte tematicheRaffigurano su una carta di base fenomeni (fisici, ambientali..) osituazioni che interessano determinate aree (densit di popolazione,et media per comune...). Sono tipicamente il risultato dielaborazioni

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Rappresentazione simbolica

La carta deve essere in grado di comunicare in formacomprensibile ed efficace linformazione geograficatramite luso di simboli grafici

La scelta della simbologia grafica importante perpoter veicolare in modo appropriato linformazione

Esempio: come rappresentare le strade? Colore,spessore....

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Un precursore

Charles Joseph Minard(1781-1870)Le armate di Napoleone nella campagna di Russia

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(cont)

Minard's 1861 Map of Napolean's Army's Russian Campaign

"Beginning at the left on the Polish-Russian border near the NiemenRiver, the thick band shows the size of the army (422,000 men) as itinvaded Russian in June 1812. The width of the band indicates thesize of the army at each place on the map. In September, the armyreached Moscow, which was by then sacked and deserted, with100,000 men. The path of Napoleon's retreat from Moscow isdepicted by the darker, lower band, which is linked to a temperaturescale and dates at the bottom of the chart. It was a bitterly cold

winter, and many froze on the march out of Russia. As the graphicshows, the crossing of the Berezina River was a disaster, and thearmy finally struggled back into Poland with only 10,000 menremaining. . (Tufte, 1983)

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Simbologia grafica

Jacques Bertin, geografo e cartografo, pubblica nel 1967Semiologie Graphique in cui introduce delle regole dusoper le variabili grafiche: forma, orientamento, colore,intensit, dimensioni, campitura

Distribuzione dellet mediana in US

Un semplice esempio che illustra

luso della gradazione di colore inuna carta tematica

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(cont)

Visual analytics (visualizzazione analitica) unadisciplina recente che riguarda lo studio di modalitdi visualizzazione a supporto dellanalisi dei dati.Una branca della disciplina si occupa di dati geo-spaziali, con particolare attenzione al movimento

31flussi

Messaggio

Questi concetti cartografici: Proiezione cartografica

Scala

Classificazione delle carte

Rappresentazione simbolica

sono presenti anche nei sistemi GIS. Tuttavia esistonodelle differenze fondamentali tra cartografia etecnologia GIS

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Parte 2: Tecnologia GIS

Nella accezione pi comune, un sistema GIS unambiente software che fornisce un insieme difunzionalit per acquisire, memorizzare, elaborare evisualizzare dati geo-spaziali

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Cartografia vs. GIS

In un sistema GIS, lo spazio non ha i limiti del foglio, nel senso cheper quanto evidentemente limitato, lo spazio enormemente ampio.Cambia la nozione di scala. Inoltre la tecnologia GIS introduce unachiara distinzione fra rappresentazione geometrica e rappresentazionegrafica dei dati.

La differenza pi importante che la cartografia permette unicamentedi avere un disegno del territorio, mentre in un sistema GIS i datipossono essere elaborati ed interpretati

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Origini ed evoluzione della tecnologiaGIS

Primordi : applicazioni ad hoc

Anni 80: sviluppo sistemi GIS commerciali

Anni 90: fondamenti informatici e standards per larappresentazione dati spaziali

Dal 2005: uso pervasivo dei dati spaziali

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La disciplina si sviluppa a partire dagli anni 60 soprattuttomotivata da esigenze applicative

Il Canada Geographic Information System (CGIS) [1963 - 1994]nasce dallesigenza di classificare i terreni rurali del Canada peridentificare gli usi correnti e quelli potenziali

terreni agricoli

foreste

..

Primordi

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(cont)

Sempre negli anni 60-70. Bureau of the Census (US) :

lUfficio per il Censimento sviluppa un metodo per individuareautomaticamente le coordinate in base allindirizzo

il progetto comporta la definizione di un modello per larappresentazione della rete stradale US

viene utilizzata per la gestione dei dati di censimento dellapopolazione nel 1970

Istituti cartografici nazionali

Universita di Harvard (US) Settore della difesa

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Sistemi GIS commerciali (80)

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 tipodesktop con funzionalita molto semplici per un mercato piuampio di utenti non molto esperti

Grazie alla caduta dei prezzi dellhardware, inizia ad espandersiil mercato GIS

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Si afferma il concetto di base di dati spaziale

Sviluppo di standard per consentire lo scambio didati spaziali tra sistemi differenti. Liniziativa piuimportante e la costituzione del Consorzio OpenGeoSpatialOGC (1994)

Fondamenti informatici e standard (90)

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Applicazioni orientate al business

Nella seconda meta degli anni 90, accanto allaapplicazioni tradizionali per la gestione del territorio,si diffondono applicazioni piu orientate al business,ad esempio:

Geomarketing Logistica Studi demografici per analisi di mercato

Gestione immobiliare

Trasporti e navigazionestradale Navigatori stradali

Gestione flotte di autoveicoli

Controllo del traffico

http://images.google.it/imgres?imgurl=www.heliopolis2000.com/GPSIII.gif&imgrefurl=http://www.heliopolis2000.com/offerte.htm&h=215&w=300&prev=/images%3Fq%3Dcartografia%2Bcitta%26svnum%3D10%26hl%3Dit%26lr%3D%26ie%3DUTF-8%26oe%3DUTF-8http://images.google.it/imgres?imgurl=www.heliopolis2000.com/GPSIII.gif&imgrefurl=http://www.heliopolis2000.com/offerte.htm&h=215&w=300&prev=/images%3Fq%3Dcartografia%2Bcitta%26svnum%3D10%26hl%3Dit%26lr%3D%26ie%3DUTF-8%26oe%3DUTF-8

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Nellultimo decennio

Nuove classi di applicazioni includono: virtual globes,servizi basati su posizione, geografia partecipativa.

Virtual globes: applicazioni che consentono laccesso adun insieme di informazioni geografiche su scalaplanetaria: immagini da satelliti, dati vettoriali, foto, datistorici. Google Earth,

Google maps e Streetview

MSN Bing maps NASA World Wind

Marble

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Servizi basati su posizione (LBS)

Con la diffusione delle reti mobili, si stanno diffondendo iservizi basati su locazione. Si tratta di applicazioni cheforniscono informazioni localizzate in base alla posizionedellutente mobile Segnalazione di emergenze.

Il servizio di emergenza E-911 (US)

Ricerca di punti di interesse

Quali sono i distributori di benzina a meno di 1 km dalla miaposizione?

Condivisione della posizione allinterno di una comunitao retesociale

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Geografia partecipativa

Raccolta di dati spaziali e costruzione di mappe tramite lapartecipazione di cittadini (es: Wikimapia, OpenStreetMap)

OpenStreetMap(OSM) un progetto collaborativo finalizzato acreare mappe a contenuto libero del mondo. Il progetto punta ad unaraccolta mondiale di dati ... (Wikipedia)

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La protezione della privacy

La facilita con cui la posizione degli individui puoessere rilevata e raccolta da organizzazioni mette arischio il diritto alla privacy degli individui La posizione rivela dettagli della vista personale, e.g. i luoghi

e le persone frequentate

Gli individui spesso non sono consapevoli dellinformazioneche viene rivelata

Le applicazioni non consentono allutente di scegliere se nonin modo molto grossolano quali posizioni rivelare

E possibile continuare ad usare ad esempio i LBS maavendo delle garanzie di privacy?

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Esempio: tracciamento di una personacon smartphone Android

)

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In sintesi

Concetti di base della cartografia

Differenze principali fra cartografia e tecnologia GIS

Evoluzione della tecnologia GIS

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Infine: un esempio di applicazione