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Modellizzazione di dati geografici
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Modellizzazione di dati geografici
Paolo ZatelliDipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale
Università di Trento
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Modellizzazione di dati geografici
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Dato geografico
aspetto spaziale(geometria/topologia)
aspetto di qualità
aspetto semantico
coordinate+primitive geometriche(sist. di rif.+proiez.+scala nomin.)
metadati (accuratezza, completezza, aggiornamento)
attributi (numerici, alfanumerici)
Modellizzazione di dati geografici
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Modellizzazione di dati geografici
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Primitive geometriche coordinate (2D/3D)
funzioni matematiche
E' fondamentale che siano riferite allo stesso sistema di riferimento.
Gli oggetti nello spazio possono essere rappresentati in due modi: entità o campi.
Geometria
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Modellizzazione di dati geografici
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Campi: oggetti definiti quasi ovunque nel dominio di interesse, molto spesso continui. Es. temperatura, pressione, quote.
Sono rappresentati (in forma discreta) con matrici regolari di attributi (modelli matrix o raster georeferenziato), reti irregolari di triangoli (modello TIN) oppure con curve di livello.
Entità: oggetti discreti e discontinui, delimitati in modo preciso. Es. edifici, aree amministrative, rete viaria.
Sono rappresentati con modelli vettoriali, eventualmente topologici, e tabelle di attributi associate.
Entità e campi
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Modellizzazione di dati geografici
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Quote (DTM) nei dintorni di Trento
Campi
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Modello digitale del terreno (DTM)
Raster
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Modellizzazione di dati geografici
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Modello digitale del terreno (DTM)
Raster
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Triangular irregular network
TIN
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Curve di livello
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Curve di livello
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Poligoni di Voronoi
Tassellazione
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Modellizzazione di dati geografici
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Tassellazione + TIN
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Modellizzazione di dati geografici
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Tassellazione + TIN
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Modellizzazione di dati geografici
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Punti + linee + aree
Entità
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Modellizzazione di dati geografici
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Primitive geometriche:●punto;●curva;●superficie.
Primitive topologiche:●nodo;●spigolo;●faccia.
Entità
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Modellizzazione di dati geografici
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Entità - rasterizzazione
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Raster
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Vettoriale
Vantaggi●occupazione di memoria;●topologia esplicita;●''risoluzione'' -> precisione coordinate.
Svantaggi●alcune operazioni onerose;●overlay complicato.
Raster
Vantaggioperazioni semplici, intuitive e veloci;algebra delle mappe.
Svantaggioccupazione di memoria;topologia implicita.
Confronto raster-vettoriale
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Raster + vettoriali
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Raster + vettoriali
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Raster + vettoriali 3D
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Raster + vettoriali 3D
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Relazioni topologiche sono relazioni tra oggetti indipendenti dall'orientamento della carta, invarianti per deformazioni elastiche e continue (es. cambiamento sistema di riferimento e/o coordinate).
Sono usate per esprimere vincoli di congruità fra gli oggetti.
Spesso le relazioni topologiche sono quelle interessanti: ad esempio: selezionare i comuni confinanti con uno dato.
Topologia
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Modellizzazione di dati geografici
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Entità vettoriali:punto;curva;superficie.
Campi:griglia;pixel;banda raster;voxel;blocco raster. } 3
D
}2D
Primitive geometriche
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Modellizzazione di dati geografici
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Modello geometrico vettoriale:●nodo;●spigolo;●anello;●faccia.
Modello geometrico raster: la topologia è definita in modo implicito dalle primitive.
Primitive topologiche (2D)
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Modellizzazione di dati geografici
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Punto: primitiva 0-dimensionale, descritta da n coordinate.
Curva: primitiva 1-dimensionale, continua, descritta da un metodo di interpolazione applicato ad un insieme di punti (coordinate). Può essere aperta o chiusa e intersecarsi in modo esplicito o implicito.
Primitive geometriche vettoriali
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Modellizzazione di dati geografici
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Superficie: primitiva geometrica 2-dimensionale, limitata da un bordo (insieme di curve chiuso e non intrecciato) esterno e zero o più bordi interni non annidati e non intrecciati.
Sup possibile Sup non possibile Sup non possibile
Primitive geometriche vettoriali
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Modellizzazione di dati geografici
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Si basano su strutture (frame) con cui si partiziona lo spazio, con forma e disposizione regolare.
Ogni elemento è definito dal numero di riga e colonna (2D) e strato (3D).
Deve essere definita la posizione dell'origine del sistema di riferimento.
Primitive geometriche raster
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Modellizzazione di dati geografici
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Griglia: distribuzione regolare di punti individuati dagli angoli di tassellatura, derivabili da una struttura 2D.
Pixel: primitiva geometrica bidimensionale, corrisponde all'elemento base di una struttura 2D.
Sono pienamente individuati da (riga, colonna).
Primitive geometriche raster 2D
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Modellizzazione di dati geografici
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Banda raster: primitiva geometrica bidimensionale, costituita da un partizionamento di una struttura.
Primitive geometriche raster 2D
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Modellizzazione di dati geografici
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Voxel: primitiva geometrica tridimensionale, corrisponde all'elemento base di una struttura 3D.
Banda raster: primitiva geometrica tridimensionale, costituita da un partizionamento di una struttura 3D.
Primitive geometriche raster 3D
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Modellizzazione di dati geografici
Paolo Zatelli | Università di Trento | 32/51
Primitive topologiche 2D:● nodo;● spigolo;● anello;● faccia.
Descrivono i rapporti di connessione tra gli elementi geometrici.
Primitive topologiche
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Modellizzazione di dati geografici
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Nodo: primitiva 0-dimensionale, connesso (tramite spigoli) o isolato.
Spigolo: primitiva topologica 1-dimensionale, rappresenta una connesione orientata tra due nodi (anche coincidenti).
Faccia: primitiva topologica 2-dimensionale descritta da un anello (insieme di spigoli chiuso non intrecciato) esterno e nessuno o più anelli esterni.
Primitive topologiche
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Modellizzazione di dati geografici
Paolo Zatelli | Università di Trento | 34/51
I modelli spaziali descrivono la topologia attraverso primitive topologiche e vincoli su di esse.
Sono basati sulla teoria dei grafi.
Sono standardizzati nel prestandard europeo CEN 287.
Schemi spaziali
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Modellizzazione di dati geografici
Paolo Zatelli | Università di Trento | 35/51
Tutte le primitive geometriche e topologiche, nessun vincolo.
E' usato come base per tutti gli schemi, aggiungendo vincoli o limitando le primitive utilizzabili.
Schema spaziale G0
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Modellizzazione di dati geografici
Paolo Zatelli | Università di Trento | 36/51
Vincoli:●due punti distinti hanno coordinate diverse;●le facce riempiono il piano senza sovrapporsi;●le curve di uno spigolo devono essere connesse e non intersecarsi;●le coordinate di un nodo iniziale di uno spigolo devono corrispondere alle prime coordinate della prima curva dello spigolo;●le coordinate di un nodo finale di uno spigolo devono corrispondere alle ultime coordinate dell'ultima curva dello spigolo;●un nodo isolato deve appartenere ad una faccia.
Primitive geometriche solo vettoriali
E' lo schema spaziale usato da Arc/Info.
Schema spaziale G1(planare completo)
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Modellizzazione di dati geografici
Paolo Zatelli | Università di Trento | 37/51
Vincoli: gli stessi dello schema G1.
Primitive topologiche: nodi e spigoli (no facce).
E' usato per reti tecnologiche, non e' possibile modellare fenomeni non planari.
Primitive geometriche: punto, curva.
Schema spaziale G2 (planare a rete lineare)
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Modellizzazione di dati geografici
Paolo Zatelli | Università di Trento | 38/51
Vincoli:●due punti distinti hanno coordinate diverse;●le coordinate di un nodo iniziale di uno spigolo devono corrispondere alle prime coordinate della prima curva dello spigolo;●le coordinate di un nodo finale di uno spigolo devono corrispondere alle ultime coordinate dell'ultima curva dello spigolo;
Primitive geometriche solo vettoriali
E' possibile descrivere fenomeni non planari perchè le intersezioni non creano necessariamente un nodo.
Schema spaziale G3 (non planare a rete lineare)
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Modellizzazione di dati geografici
Paolo Zatelli | Università di Trento | 39/51
Primitive geometriche solo vettoriali
Primitive topologiche: nodi e spigoli (no facce).
Vincoli come G3 più:● le superfici non devono riempire tutto lo spazio;● le superfici possono sovrapporsi tra loro.
Schema spaziale G4 (non planare a rete lineare con superfici)
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Modellizzazione di dati geografici
Paolo Zatelli | Università di Trento | 40/51
Primitive geometriche: punto, curva.
Nessun vincolo sulle primitive topologiche.
Usato per dati catastali dal Dipartimento del Territorio (formato NTF del catasto geometrico).
Schema spaziale G5 (spaghetti)
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Modellizzazione di dati geografici
Paolo Zatelli | Università di Trento | 41/51
Primitive geometriche: punto.
Vincoli:● due punti distinti hanno coordinate diverse;● nessuna sovrapposizione di facce;● solo facce triangolari descritte da tre spigoli.
Schema spaziale G6 (rete irregolare di figure triangolari)
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Modellizzazione di dati geografici
Paolo Zatelli | Università di Trento | 42/51
Primitive geometriche solo raster
Nessun vincolo sulle primitive topologiche.
Schema spaziale G7 (immagine raster)
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Modellizzazione di dati geografici
Paolo Zatelli | Università di Trento | 43/51
Primitive geometriche: struttura, griglia.
Vincoli:● la forma dell'elemento base della struttura deve essere rettangolare.
Schema spaziale G8
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Modellizzazione di dati geografici
Paolo Zatelli | Università di Trento | 44/51
Modello vettoriale topologico
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Modellizzazione di dati geografici
Paolo Zatelli | Università di Trento | 45/51
Geometria dei nodiNodo X Y
A 0.0 0.0B 10.0 0.0C 2.0 1.5D 7.0 2.0E 10.0 4.5F 2.5 7.0
Geometria degli spigoliSpigolo coordinate
L1 0.0, 0.0 10.0, 0.0L2 2.0, 1.5 0.0, 0.0L3 2.5, 7.0 0.0, 7.0 0.0, 0.0L4 2.0, 1.5 2.5, 7.0L5 7.0, 2.0 2.0, 1.5L6 7.0, 2.0 10.0, 4.5L7 10.0, 0.0 7.0, 2.0L8 10.0, 0.0 10.0, 4.5L9 10.0, 4.5 9.0, 7.5 2.5, 7.0
Geometria
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Modellizzazione di dati geografici
Paolo Zatelli | Università di Trento | 46/51
Per le faccie: rotazioni positive in senso antiorario, si considera negativo uno spigolo in senso contrario.
Topologia delle facceFaccia Spigoli
a -L2, L4, L3b -L5, L6, L9, -L4c L1, L7, L5, L2d -L7, L8, -L6e L1, L8, L9, L3
Topologia dei nodiNodo Spigoli
A L1, -L2, -L3B -L1, L7, L8C L2, L4, -L5D L5, L6, -L7E -L6, -L8, L9F L3, -L4, -L9
Per i nodi: positivo uno spigolo uscente.
Topologia
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Modellizzazione di dati geografici
Paolo Zatelli | Università di Trento | 47/51
Topologia degli spigoliSpigolo Nodo iniziale Nodo finale Faccia destra Faccia Sinistra
L1 A B e cL2 C A a cL3 F A e aL4 C F b aL5 D C b cL6 D E d bL7 B D d cL8 B E e dL9 E F e b
Topologia
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Modellizzazione di dati geografici
Paolo Zatelli | Università di Trento | 48/51
La modellazione di dati territoriali viene solitamente fatta usando l'approccio entità-relazione.
Entità: insiemi di oggetti della stessa classe, con proprietà comuni ed esistenza autonoma rispetto ad altri oggetti. Sono caratterizzati da attributi ed una chiave.
Relazioni: legame tra due o più entità (sottinsieme di prodotti cartesiani di due o più enetità). Può avere attributi ed essere ricursiva. La cardinalità della relazione indica il numero massimo e minimo di relazioni possibili tra due entità.
Entità - relazioni
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Modellizzazione di dati geografici
Paolo Zatelli | Università di Trento | 49/51
Particella catastaleCodice particellaIndirizzo
ProprietarioCodice fiscaleCognomeNomeData di nascitaComune di nascita
Ha proprietario1-n 1-n
Entità - relazioni
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Modellizzazione di dati geografici
Paolo Zatelli | Università di Trento | 50/51
Ogni oggetto del mondo reale è rappresentato da un oggetto, caratterizzato da stato (attributi) e comportamento (metodi).
Ogni oggetto è individuato univocamente.
Geometria: vettoriale(primitive+coordinate) o raster (pixel con stesso codice).Attributi: tabelle di attributi (vettoriale) o valori dei pixel (raster) su uno o più raster.
Relazioni fra oggetti: appartenenza, inclusione, localizzazione, confine.
Approccio a oggetti
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Modellizzazione di dati geografici
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Licenza
Questa presentazione è © 2009 Paolo Zatelli, disponibile come