Il GIS
Il termine Sistema Informativo Geografico deriva dall’inglese Geographical Information System, da cui l’acronimo GIS con cui esso è correntemente indicato. Le definizioni di GIS esistenti in letteratura riflettono i particolari contesti disciplinari ed applicativi in cui il GIS è utilizzato, tuttavia esse presentano delle sovrapposizioni che consentono di identificarne le caratteristiche fondamentali.
Un sistema informativo geografico è un …insieme di strumenti per raccogliere, archiviare, recuperare a piacimento, trasformare e visualizzare dati spaziali… (Burrough, 1986) …e dati non spaziali (Parker, 1988); un sistema di sostegno alle decisioni che implica l’integrazione di dati spazialmente riferiti in un ambiente orientato alla risoluzione di problemi (Cowen, 1988) …con avanzate capacità di modellazione dei dati geografici (Koshkariov et al., 1986).
Cowen definisce sistema un insieme di elementi o attività connesse tra loro e che interagiscono per uno scopo comune; sistema informativo un metodo o un insieme di procedimenti eseguibili su dati grezzi secondo regole operative per produrre informazioni utili al processo decisionale; sistema informativo geografico un sistema che utilizza dati geografici e dati non geografici e che comprende operazioni che consentono l’analisi spaziale (Cowen, 1990, Core Curr.).
Da queste definizioni discende che un Sistema informativo Geografico ha la capacità di elaborare dati spaziali e dati non spaziali, di trasformare i dati in informazioni, di integrare differenti tipi di dati, di analizzare e di modellare i fenomeni che occorrono sulla superficie terrestre, di fornire supporto alle decisioni.
- Come funziona il GIS
- Cosa può fare il GIS
- Il GIS e la pubblica amministrazione
- Come si organizza un progetto GIS
- WebGIS
- Esempi di applicazioni GIS del LabGIS
Come funziona il GIS
I dati nel GIS rappresentano un modello del mondo reale (Burrough, 1986), se si estende questo concetto ne consegue che un GIS rappresenta in un computer il mondo reale allo stesso modo in cui una carta tradizionale rappresenta il mondo sul supporto cartaceo.
Il modo in cui i dati sono archiviati nel GIS è profondamente diverso da quello in cui lo sono sulla carta. I dati nel GIS, siano essi punti, linee o aree, sono descritti da numeri ed archiviati come numeri che rappresentano le coordinate (x, y) dei dati, ovvero nel GIS i dati sono archiviati come grandezze numeriche. Utilizzando le coordinate (x, y) il GIS è in grado di manipolare la geometria dei dati e le relazioni tra di essi per creare nuove informazioni. Questa capacità conferisce al GIS la potenza analitica che la carta non possiede.
Con il GIS non si è limitati alle informazioni che la carta mostra, ma è possibile associare ai dati geografici le informazioni descrittive ad essi relative. Queste prendono in nome di attributi. Gli attributi possono comprendere un’ampia gamma di dati come il numero della particella, la legge e l’articolo che la sottopongono a vincolo della Soprintendenza, la proposta di vincolo e il decreto ministeriale di imposizione del vincolo.
Gli attributi sono organizzati secondo uno schema matriciale di righe e di colonne: ogni colonna o campo contiene i valori o singole occorrenze dell’attributo ed ogni riga o record rappresenta i valori di tutti gli attributi relativi ad un singolo elemento geografico.
L’insieme delle righe e delle colonne in cui gli attributi sono organizzati prende il nome di tabella. Più tabelle possono essere associate agli elementi geografici, ognuna comprendente un insieme concettualmente correlato di caratteristiche di quegli elementi. La creazione, organizzazione e gestione delle tabelle è compito specializzato del sotto sistema del GIS di gestione dei dati.
Il legame tra elementi geografici e gli attributi è la caratteristica base del funzionamento del GIS. Questo legame è realizzato mediante un identificatore, ovvero un codice unico composto da numeri o da numeri e lettere, che viene assegnato contemporaneamente all’elemento geografico e al record che identifica l’insieme dei suoi attributi nella tabella. Così se un fiume ha come identificatore il numero 7, basterà che il record di attributi ad esso corrispondente abbia il numero 7 come identificatore perché il legame sia realizzato. In tal modo un codice unico è associato sia all’elemento geogerafico che al record che contiene gli attributi.
La tabella degli attributi contiene in genere un campo denominato ID in cui sono archiviati tutti gli identificatori. L’esistenza di un tale legame permette di richiamare gli attributi a partire dai dati geografici e/o di accedere ai dati geografici in base agli attributi delle tabelle. Questo legame consente al GIS di visualizzare le carte in modo dinamico, sulla base di qualunque attributo prescelto. Inoltre, lo stesso elemento geografico può essere rappresentato con simboli e grafiche differenti a seconda dell’attributo selezionato.
In sostanza il GIS può individuare elementi geografici selezionando qualunque tipo e numero di attributi e può renderli visibili in forma di carta grazie al legame tra essi instaurato.
Referenziazione
Sistema bidimensionale di coordinate polari
Le posizioni dei dati sulla carta sono riferite alle posizioni reali dei fenomeni del mondo reale che essi rappresentano. La posizione di qualunque fenomeno sulla superficie terrestre, che è sferica, è misurata in gradi di latitudine e longitudine (coordinate geografiche). Sulla carta, che è piatta, le posizioni sono riferite ad un sistema bidimensionale di coordinate planari, che identificano la posizione di un elemento come distanza da un’origine (0,0) misurata lungo due assi (x, y).
Per trasferire gli elementi dalla superficie sferica della terra a quella piatta della carta si utilizzano le proiezioni cartografiche, nient’altro che formule matematiche che trasformano latidudine e longitudine in coordinate x,y.
Il GIS ha la capacità di operare tale trasformazione rendendo possibile mettere insieme dati con proiezioni e riferimenti differenti e relativi ad una stessa porzione di territorio.
Ciò è possibile proprio perché i dati sono convertibili in uno stesso sistema di riferimento e coincidono geograficamente.
Ad esempio la carta dell’altimetria e della vegetazione della Regione Campania devono coincidere se sovrapposte in quanto i due temi sono relativi allo stesso ambito geografico. Se le due carte hanno sistemi di riferimento diversi esse non coincideranno ma risulteranno sicuramente sfalsate.
I dati geografici rappresentano sia fenomeni naturali, ad esempio fiumi e laghi, sia fenomeni risultanti dalle azioni dell’uomo come strade e confini amministrativi.
I dati che di solito vengono registrati in un GIS rappresentano aspetti della realtà di interesse dell’utente ed oggetto delle sue applicazioni specifiche.
Formato raster e formato vettoriale
Il modello raster
a. la realtà nella cartografia tradizionale e b. la sua rappresentazione grafica
La complessità della realtà ha bisogno di essere semplificata per poter essere interpretata e rappresentata nel GIS. Questa semplificazione costituisce il modello dei dati.
Vi sono due modelli principali per rappresentare i dati nel computer: il modello raster ed il modello vettoriale.
Il modello raster utilizza una rappresentazione dello spazio geografico basata su una griglia di celle di forma e misura regolare (pixels), ordinate secondo linee e colonne. Ad ogni cella è assegnato un valore, in genere un numero, che può essere associato ad attributi di tipo grafico o descrittivo.
Il modello vettoriale ha, come elementi fondamentali di rappresentazione, i punti, le linee e i poligoni. Un oggetto puntuale, come un pozzo, un foro di sonda, una sorgente, può essere rappresentato da una coppia di coordinate (x, y). Elementi lineari, come strade, fiumi, confini, sono descritti da una sequenza di punti, vale a dire di coordinate (x, y). Elementi areali, come bacini idrici, entità geografiche, parchi naturali, zone di vendita, sono definiti da poligoni, cioè da una sequenza di coordinate di punti che ritorna sul punto di origine.
Nel mondo vettoriale i punti sono rappresentati mediante coppie di coordinate (x,y)
Nel mondo vettoriale le linee sono rappresentate
dalla sequenza delle coppie di coordinate che definiscono i vertici
ed i nodi (punti in cui due o più linee si intersecano)
Nel mondo vettoriale un elemento reale
è rappresentato dalla sequanza delle coppie delle coordinate dei punti
della spezzata chiusa che ne delimita l'area
I GIS permettono la coabitazione dei formati raster e vettoriale e il passaggio dall'uno all'altro di tali modelli.
Cosa può fare il GIS
Il GIS offre ampie possibilità di interazione con chi lo utilizza e un insieme di strumenti che ne facilitano la personalizzazione e l'adesione a problematiche specifiche.
Tutti i settori che si occupano dello studio e della gestione del territorio trovano nel GIS la possibilità di integrare dati che appartengono a formati di rappresentazione, scale e sistemi di riferimento diversi e di elaborarli ed analizzarli secondo determinati obiettivi conoscitivi.
Esempi di applicazioni GIS attuate dal LabGIS
Ambiente
Salvaguardia ambientale, studi di impatto ambientale, localizzazione di aree, destinazioni di uso, gestione degli spazi verdi, definizione di zone a rischio, raccolta, controllo, analisi dei dati riguardanti l'inquinamento
Difesa del suolo
Erosione potenziale dei suoli nell'area vesuviana
Progetto Campi Flegrei
Calcolo dell’apporto solido fluviale del bacino idrografico del Tusciano (SA) attraverso l’utilizzo del modello di Gavrilovic: teoria e applicazione tramite un sistema GIS.
Gestione dei rifiuti
Progetto Casagiove
Produzione di servizi e studi sul territorio
Progetto LabUSIP
Beni Culturali
L'informazione geografica è una componente essenziale delle problematiche legate alla gestione dei beni architettonici e paesaggistici, del patrimonio storico ed artistico, dei beni archeologici; le attività di tutela e di valorizzazione, di studio e di ricerca connesse a tali settori risultano tanto più efficaci se impostate secondo un processo dinamico, che abbracci la dimensione globale del contesto. Il GIS permette di indirizzare in modo efficace ed innovativo le strategie di gestione dei Beni Culturali nell'ambito della pianificazione territoriale.
I GIS per la gestione dei Beni culturali ed ambientali
Emergenze sanitarie animali
Sorveglianza epidemiologica Blue Tongue in Campania: uso dei GIS per la creazione di mappe di rischio
Altri settori di utilizzo del GIS
- Agricoltura: agro meteorologia, agronomia
- Analisi e gestione di rischi: definizione dei rischi di incendi, terremoti, frane, valanghe, alluvioni, fenomeni di erosione e dissesto
- Architettura
- Catasto: gestione piani urbanistici e territoriali
- Cartografia informatizzata
- Demografia: evoluzione demografica, evoluzione occupazionale, espansione urabana e residenziale
- Elettricità: localizzazione delle centrali
- Geologia
- Geomarketing
- Gestione delle reti: funzioni necessarie alla gestione delle reti idriche, elettriche, del gas: cartografia, programmazione della manutenzione tecnica, simulazione di nuovi circuiti, localizzazione rapida di guasti e oganizzazione degli interventi di ripristino dei servizi
- Prevenzione del crimine
- Sanità
Il GIS e la Pubblica Amministrazione
L'informazione geografica è un riferimento essenziale per numerosi settori di primario interesse della Pubblica Amministrazione.
Per le Regioni: per la programmazione e pianificazione territoriale.
Per le Province: per i piani territoriali di coordinamento, finalizzati all'indicazione degli indirizzi generali di assetto del territorio: destinazione del suolo, localizzazioni infrastrutturali, linee di intervento per il consolidamento del suolo, definizione degli ambiti da destinare a parco o a riserva naturale.
Per i Comuni: per i piani regolatori generali, i piani di recupero, i piani degli insediamenti produttivi, i piani particolareggiati, i piani del traffico, i piani per l'edilizia economica e popolare; per la gestione del territorio: i piani per le opere pubbliche, le concessioni, i servizi a rete. Senza un supporto appropriato, la complessità dei dati territoriali ne rende difficile la gestione a più livelli operativi.
Il GIS offre il supporto per gestire la complessità dei dati territoriali; permette di avere una visione complessiva e precisa delle diverse componenti del territorio e di anticiparne le evoluzioni e le trasformazioni; garantisce un'informazione omogenea, coerente e costantemente aggiornata, migliorando i costi di gestione.
Il GIS fornisce agli enti amministrativi le risposte più adatte per:
- Eseguire analisi geografiche
- Progettare interventi nel territorio
- Prefigurare scenari congruenti con le modifiche che la realtà subisce
- Simulare effetti di eventi naturali (alluvioni, incendi)
- Simulare interventi umani (come azioni di pianificazione)
- Monitorare il territorio
- Sostenere processi decisionali
- Migliorare la gestione delle proprie risorse
Come si organizza un progetto GIS
Un progetto GIS si articola secondo un modello logico che si articola in più livelli:
- La definizione degli obiettivi
- La creazione del database
- L'analisi dei dati
- La presentazione dei risultati
La definizione degli obiettivi
L’individuazione degli obiettivi guida l'impostazione del sistema. Per iniziare, ecco alcune domande da porsi:
- Qual è il problema da risolvere? Quali sono le soluzioni finora adottate?
- Il problema può essere risolto in modo alternativo e più efficace utilizzando le metodologie GIS?
- Quali sono i prodotti finali che devono scaturire dal progetto?
- Chi sono i destinatari di questi prodotti?
- I dati utilizzati possono essere impiegati anche in altri settori? Se è così, quali devono essere le specifiche esigenze?
La creazione del database
Alla definizione delle esigenze segue la strutturazione del database, punto fondamentale nella creazione del GIS: dal contenuto e dall'organizzazione concettuale della banca dati dipende la qualità dell'analisi e dei risultati.
In questa fase è necessario:
- individuare i dati spaziali utili per risolvere un problema
- eseguire rigorosi controlli di qualità sui dati
- definire le modalità di immissione dei dati nel GIS
- individuare gli attributi alfanumerici da associare ai dati spaziali e organizzare le tabelle
- impostare i dati in più piani tematici
L'analisi dei dati
Il GIS dimostra tutta la sua potenzialità nell'effettuare analisi spaziali. Operazioni di interrogazione e di analisi possono essere eseguite sui dati geografici, sugli attributi o in modo integrato sugli uni e sugli altri, su un singolo livello tematico o sulla combinazione di più livelli, in modo da ottenere piani dal contenuto informativo diverso da quelli originari.
Il GIS può rispondere ad interrogazioni come:
- Dove sono le zone ad uso agricolo?
- Quale è la destinazione d'uso dell'area corrispondente a queste coordinate?
- Quanti canali di irrigazione ci sono in una determinata zona agricola?
- Quanto è lungo questo sentiero?
Il GIS può creare modelli ed esplorare tutti gli scenari possibili che derivano dalle scelte di gestione e di pianificazione territoriale, rispondendo a quesiti come:
- Quali sono gli spazi più idonei per l'edificazione di una nuova area residenziale?
- Quale è l'area di rispetto che bisogna prevedere intorno al corso di un fiume per la costruzione di edifici?
- Quale è il percorso minimo per raggiungere un'area boschiva in caso di incendi?
- Quale è l'impatto della costruzione di una nuova autostrada sulle preesistenze antiche in un territorio ad alto interesse archeologico?
La presentazione dei risultati
Il GIS offre numerose opzioni per presentare i risultati dell'analisi.
I dati possono essere visualizzati in mappe, efficaci per comunicare informazioni geografiche attraverso simbologie e colori selezionabili a secondo delle esigenze di rappresentazione.
Le mappe possono essere corredate da tabelle, grafici, rappresentazioni tridimensionali e multimediali, animazioni, simulazioni e file.
WebGIS
WebGIS è un complesso sistema con accesso ad Internet per memorizzare, integrare, manipolare, analizzare e visualizzare informazioni territoriali senza necessità di avere un software GIS proprietario.
Alcune soluzioni software che consentono la pubblicazione sul Web dei servizi GIS sono ArcIms, MapGuide, forniscono accesso ai servizi GIS residenti su un server attraverso la Rete Internet o Intranet.
Tali strumenti permettono di pubblicare in Internet basi di dati geografiche residenti nella propria rete aziendale consentendo così agli utenti l'accesso ad informazioni geografiche in maniera dinamica ed interattiva. L’utente da remoto, con un semplice browser (Netscape, Explorer,Opera, ecc.) potrà accedere ai dati territoriali della propria regione, provincia o comune, attraverso le funzioni tipiche del GIS (zoom, pan,semplici interrogazioni di oggetti geografici, selezioni dalla mappa).
Pubbliche Amministrazioni impegnate a risolvere onerosi problemi inerenti alla gestione del territorio e numerose aziende , nazionali e multinazionali, leader di mercato, hanno rivolto attenzione costante verso le tecnologie Web-GIS, attratte dai molteplici vantaggi e dalla fruizione ottimale derivanti dall’utilizzo di esse.
Peculiarità dell’utilizzo:
- l’accesso alle informazioni in modo trasparente, immediato ed efficace;
- l’opportunità di integrare database ambientali dedicati e quindi, per propria natura, molto specialistici, all’interno di un unico supporto informativo;
- la possibilità di mettere in relazione archivi informativi posizionati in luoghi fisici diversi e senza creare duplicazioni, istituendo delle connessioni dinamiche di rete che costituiscono lo spazio fisico in cui si sviluppa il sistema.
Tale diffusione e condivisione dell’informazione geografica attraverso la rete (sia in ambito locale, intranet che in ambito globale, internet) consente quindi di raggiungere dei rilevanti obiettivi:
- migliorare l’efficacia ed efficienza del lavoro interattivo sia all’interno dell’amministrazione pubblica, sia nell’ambito delle ordinarie relazioni tra enti ed istituzioni;
- mettere a disposizione dei tecnici e degli amministratori uno strumento in grado di consentire, in ogni momento ed attraverso una tecnologia diffusa, non solo la consultazione dei dati, ma anche la loro elaborazione su set informativi condivisi;
- raggiungere una vasta platea di utenti che non possiedono conoscenze specialistiche.
Il progetto Anagrafe Rifiuti ed il Prg del comune di Casagiove, che ricade nel territorio della provincia di Caserta, realizzato da LabGIS rappresenta una testimonianza delle potenzialità di utilizzo delle tecnologie Web-Gis.