Obiettivi formativi
L’insegnamento si propone: di far conoscere i sistemi informativi territoriali mostrando la loro utilità in applicazioni concrete di carattere ambientale e territoriale; di far maturare nello studente la capacità di applicare un approccio ingegneristico alla soluzione di problemi. A tale scopo circa il 50% delle ore di insegnamento è speso in attività di laboratorio.
Nello specifico al termine delle attività si chiede allo studente di dimostrare di:
- conoscere caratteristiche e peculiarità dei dati territoriali, incluse le tecniche di acquisizione e le loro tolleranze, con particolare riferimento a Modelli Digitali del Terreno e Ortofoto;
- conoscere i sistemi di riferimento geodetico-cartografici (SdR), nei quali tali dati sono espressi e quali sono i limiti di utilizzo dei parametri di trasformazione memorizzati nei GIS;
- saper associare ai dati il SdR e/o la rappresentazione cartografica;
- saper importare, esportare e convertire dati in formato raster e vettoriale tra SdR e proiezioni cartografiche diverse;
- conoscere le caratteristiche delle strutture dati vector e raster e le informazioni necessarie per la loro georeferenziazione;
- conoscere le tecniche di interpolazione spaziale e di georeferenziazione di dati raster;
- conoscere i concetti elementari sui database e sulla loro interrogazione;
- saper condurre interrogazioni spaziali e sugli attributi impiegando gli strumenti di ricerca implementati nei GIS;
- essere capace di schematizzare un problema e individuare gli strumenti GIS più appropriati per risolverlo;
- conoscere uno spettro significativo delle applicazioni base dei GIS nell’ingegneria civile e ambientale.
Prerequisiti
E’ utile anche se non indispensabile aver seguito l’insegnamento TOPOGRAFIA; utili i concetti base del trattamento statistico dei dati, della cartografia e dei sistemi di riferimento geodetici, il possesso di abilità
informatiche di base.
Contenuti dell'insegnamento
I Geographic Information Systems (GIS) o SIT (Sistemi Informativi Territoriali) sono strumenti informatici capaci di gestire e incrociare la grande varietà di fonti di informazione e di tipologie di dati che devono essere considerati nei processi decisionali e gestionali nel governo del territorio. Permettono infatti l’importazione, l'elaborazione, l'archiviazione e la rappresentazione di dati territoriali di varia natura.
Le entità memorizzate in un SIT, oltre alle specifiche informazioni da elaborare, hanno sempre associata la posizione geografica; pertanto i SIT hanno la capacità di gestire dati forniti in sistemi di riferimento geodetico/cartografici differenti ed effettuare ricerche e selezioni basate su relazioni di prossimità spaziale, oltre alle interrogazioni di tipo tematico.
L’insegnamento presenta le caratteristiche dei dati territoriali in formato digitale e le tecniche per elaborarli all’interno dei SIT.
A tale scopo si richiamano anzitutto i concetti fondamentali di sistema di riferimento geodetico e di rappresentazione cartografica.
Si illustrano poi le principali tecniche di acquisizione dati per i SIT e le loro caratteristiche e precisioni.
Si introducono poi i dati raster e vettoriali, dedicando particolare attenzione ai Modelli Digitali del Terreno (DTM) e alle ortofoto.
Si presentano poi la struttura della Cartografia Numerica e la sua evoluzione nei DB topografici. Si introducono infine i SIT dapprima con un approccio operativo che privilegia la capacità di impiegare i vari tipi di funzioni per importazione, selezione, ricerca ed elaborazione di dati raster e vettoriali. Successivamente si accenna alle fasi della progettazione di un SIT, in particolare alla definizione dei modelli concettuale e logico. Infine si passano in rassegna le basi di dati a livello comunale, regionale e nazionale.
Nelle esercitazioni di laboratorio si applicano poi tali conoscenze a una serie di casi pratici, tratti da problematiche di tipo ingegneristico, sulla piattaforma open source QGIS.
Programma esteso
Richiami di Geodesia: i sistemi di riferimento geodetici (SdR); trasformazioni di coordinate e trasformazioni tra SdR.
Richiami di Cartografia: proiezioni conformi ed equivalenti, contenuti delle carte,
tolleranze; cartografia ufficiale italiana.
Cartografia numerica (CN): definizioni e differenze con la carta al tratto;
contenuti della cartografia numerica; codifiche dei dati.
Cenni su tecniche e tecnologie di acquisizione dati per i Modelli Digitali del Terreno, le ortofoto, la CN e i sistemi
informativi territoriali.
I Modelli Digitali del Terreno (DTM). Componenti di un DTM. Metodi di interpolazione. Strutture dati tipo TIN e GRID. Operazioni sui DTM. Collaudo dei DTM. Ortofoto digitali. Vantaggi e svantaggi rispetto alla cartografia numerica. Generazione delle ortofoto. Collaudo delle ortofoto.
Dati raster: risoluzione spaziale e radiometrica. Georeferenziazione dei dati raster. Operazioni sui dati raster. Cenni ai formati raster più diffusi.
Dati vettoriali: primitive, codifica delle entità; primitive topologiche. Cenni ai formati vettoriali più diffusi.
Vettorizzazione ed editing cartografico.
Sistemi informativi territoriali: definizioni e contenuti. I metadati.
Visualizzazione, selezione e interrogazione spaziale e degli attributi di dati raster e
vettoriali.
Esercitazioni in laboratorio.
Utilizzo di software per generazione di DTM (Surfer): confronti tra metodi di interpolazione, calcolo di residui, metodi di visualizzazione, estrazione di sezioni, confronti multi-temporali, calcolo di volumi.
Presentazione ed impiego del sw open-source QGIS: importazione dati, definizione del SdR, esportazione dati, operazioni di editing sulla geometria e sugli attributi di dati vettoriali. Interrogazioni, join e selezioni spaziali e tabellari. Calcolo di statistiche di campo. Georeferenziazione di dati raster. Uso del calcolatore raster. Elaborazione di dati vettoriali e raster in applicazioni di ingegneria ambientale
Bibliografia
Testi consigliati.
F. Migliaccio, D. Carrion. Sistemi informativi territoriali. UTET, 2016. – Disponibile in Biblioteca politecnica di Ingegneria e Architettura. Copre la gran parte degli argomenti del corso, per i quali è un utile strumento di approfondimento.
Slides del corso, dati per elaborazione con programmi, tutorial con esercizi guidati: disponibili sulla piattaforma didattica di Ateneo Elly, LAUREE TRIENNALI, INGEGNERIA CIVILE E AMBIENTALE, 3^ ANNO, sotto SISTEMI INFORMATIVI TERRITORIALI, con
accesso previa registrazione. Tutto il materiale è di norma disponibile a inizio corso, ma viene aggiornato anche nel corso delle lezioni, specie per quanto riguarda i dati da impiegare nelle esercitazioni.
Metodi didattici
L’insegnamento si articola in una prima parte dedicata a DTM e ortofoto in cui lezioni frontali di teoria ed esercitazioni di laboratorio si alternano. Segue una parte in prevalenza fino a completare le basi teoriche sui GIS. L’ultima parte del corso è svolta poi totalmente in laboratorio. Nel complesso, la proporzione di ore di lezione ed esercitazione di laboratorio è circa 1:1.
L’introduzione all’impiego dei diversi sw ed alle funzioni disponibili in ciascuno è guidata con esemplificazione di semplici esercizi. Una volta acquisiti gli strumenti fondamentali, viene presentata una problematica, chiarendo gli obiettivi e quali dati sono disposizione; gli studenti sono invitati a proporre una strategia di soluzione, discutendo in gruppo le alternative e poi lavorando in autonomia per implementarle.
Modalità verifica apprendimento
Colloquio orale con domande sui contenuti di tipo teorico, seguite da semplici esercizi di
elaborazione, visualizzazione, interrogazione di dati al calcolatore tramite i programmi
Surfer e QGIS.
Le domande contano per circa il 60% del punteggio e verificano la base di conoscenze teorico-metodologiche, gli esercizi di elaborazione con software per il restante 40% e verificano la capacità di applicare conoscenze e la capacità di autoapprendimento. La lista delle abilità richieste nell’uso del software (indispensabili per il superamento dell’esame) è disponibile sul sito del materiale didattico.
Altre informazioni
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Obiettivi agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile
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