SISTEMI INFORMATIVI TERRITORIALI
cod. 1005610

Anno accademico 2019/20
2° anno di corso - Primo semestre
Docente
Settore scientifico disciplinare
Topografia e cartografia (ICAR/06)
Field
Ingegneria civile
Tipologia attività formativa
Caratterizzante
48 ore
di attività frontali
6 crediti
sede: PARMA
insegnamento
in ITALIANO

Obiettivi formativi

L’insegnamento si propone: di far conoscere i SIT 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 alla produzione di Modelli Digitali del Terreno e Ortofoto;
- conoscere e distinguere i vari sistemi di riferimento geodetico-cartografici (SdR) nei quali tali dati sono espressi e conoscere quali sono i limiti di utilizzo dei parametri di trasformazione tra SdR 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 per la produzione di dati raster (DTM e ortofoto in particolare); - conoscere e saper applicare le tecniche di georeferenziazione di dati raster;
- saper condurre interrogazioni e selezioni sugli attributi di dati vettoriali;
- saper condurre interrogazioni e selezioni spaziali sui dati vettoriali;
saper adoperare il calcolatore raster per la selezione o l’elaborazione di dati raster su più layers;
- essere capace di schematizzare i passi di soluzione di un problema, individuando 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; sono utili i concetti base del trattamento statistico dei dati, della cartografia e dei sistemi di riferimento geodetici; è necessario il possesso di abilità informatiche di base.

Contenuti dell'insegnamento

I Sistemi Informativi Territoriali (SIT), noti in lingua inglese come Geographic Information Systems (GIS) sono strumenti informatici complessi, capaci di gestire e incrociare la grande varietà di fonti di informazione e di tipologie di dati che devono essere considerati nei processi decisionali di gestione e pianificazione del territorio o delle infrastrutture di carattere territoriale. Permettono infatti l’importazione, l'elaborazione, l'archiviazione e la rappresentazione di dati territoriali (dette entità) di varia natura.
La caratteristica delle informazioni memorizzate nel database di un SIT è quella di associare alle entità, oltre alle informazioni specifiche (dette attributi), la posizione geografica, espressa in un qualche sistema di riferimento (SdR) geodetico/cartografico: i SIT possono quindi gestire dati forniti in SdR geodetico/cartografici differenti. In aggiunta alle interrogazioni sugli attributi, tipiche dei database, possono inoltre effettuare ricerche e selezioni basate su relazioni di prossimità spaziale tra le entità, fondamentali nelle applicazioni territoriali.
Nel corso delle lezioni si richiamano anzitutto i concetti fondamentali di sistema di riferimento geodetico e di rappresentazione cartografica e le loro trasformazioni.
Si illustrano poi le caratteristiche dei dati territoriali in formato digitale, le principali tecniche di acquisizione dati per i SIT e le loro caratteristiche e precisioni.
Si presentano le caratteristiche dei dati raster e vettoriali, dedicando particolare attenzione ai Modelli Digitali del Terreno (DTM) e alle ortofoto.
Si commenta poi il passaggio dalla Cartografia su supporto cartaceo a quella Numerica e la sua evoluzione nei DB topografici. Si introducono infine i SIT dapprima con un approccio operativo, esemplificandone le capacità di 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.
Rassegna delle basi di dati a livello comunale, regionale e nazionale ed alle tecniche di distribuzione e condivisione dati (webGIS, geoservizi).

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 inserimento ed 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. Operazioni sui DTM. Elaborazione di dati vettoriali e raster in applicazioni di ingegneria civile e 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.
Le diapositive presentate a lezione, i dati per le esercitazioni e le elaborazioni con i programmi da svolgere in aula informatica, due guide-tutorial con esercizi risolti e guidati sono disponibili sulla piattaforma didattica di Ateneo Elly, LAUREE TRIENNALI, INGEGNERIA CIVILE E AMBIENTALE, 3^ ANNO, sotto SISTEMI INFORMATIVI TERRITORIALI (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 lezioni frontali di teoria ed esercitazioni in laboratorio informatico. Queste ultime crescono col progredire del semestre, fino a saturare l’orario settimanale nell’ultimo mese. Nel complesso, la proporzione di ore di lezione ed esercitazione di laboratorio è circa 1:1.
I software necessari sono installati nei laboratori informatici. Tuttavia si raccomanda l’installazione sui PC personali del software QGIS, di tipo open source, per riprendere le esercitazioni anche individualmente a casa. L’introduzione all’impiego dei sw e delle numerose funzioni disponibili è guidata in classe con esemplificazione di semplici esercizi. Per l’approfondimento personale sono disponibili due tutorial in formato pdf, uno sull’uso di surfer, l’altro di QGIS. Una volta acquisiti gli strumenti base, vengono di volta in volta presentate problematiche tipiche di vari settori applicativi, chiarendo gli obiettivi da raggiungere e quali dati sono disposizione; gli studenti sono invitati a proporre una strategia di soluzione, anche attraverso ricerca internet, discutendo in gruppo le alternative e poi lavorando in autonomia per implementarle.

Modalità verifica apprendimento

Colloquio orale iniziale, con domande sui contenuti di tipo teorico, seguito da proposizione di 2-3 semplici esercizi di elaborazione, visualizzazione, interrogazione di dati al calcolatore tramite i programmi
Surfer e QGIS. Lo studente deve dimostrare in entrambe le parti di aver conseguito gli obiettivi formativi sopra specificati.
Le domande orali contano per circa il 60% del punteggio e verificano la base di conoscenze teorico-metodologiche. Negli esercizi di elaborazione con software, che contano per il restante 40%, si verificano la capacità di applicare conoscenze e la capacità di autoapprendimento, inclusa la capacità di autoformazione con la ricerca in internet. La lista dettagliata delle abilità richieste nell’uso del software (indispensabili per il superamento dell’esame) è disponibile sul sito del materiale didattico nel documento Argomenti_esame_SIT.pdf. Gli esercizi al calcolatore possono essere svolti su PC del docente o dello studente, con la versione del sw consigliata a lezione o successive.

Altre informazioni