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.
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) nazionali 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 raster e vettoriali 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); -
- saper condurre interrogazioni e selezioni sugli attributi di dati vettoriali;
- saper adoperare il calcolatore raster per la selezione o l’elaborazione di dati raster su più layers;
- conoscere e saper applicare le tecniche di georeferenziazione approssimata di dati raster;
- 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 (excel, editing di files ascii, CAD).
Contenuti dell'insegnamento
I Sistemi Informativi Territoriali (SIT), noti in lingua inglese come Geographic Information Systems (GIS) 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 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 (entità) di varia natura.
Caratteristica delle informazioni memorizzate nel database di un SIT è associare alle entità, oltre alle informazioni specifiche (attributi), la posizione geografica, espressa in un sistema di riferimento (SdR) geodetico/cartografico: i SIT possono infatti 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.
Visualizzazione, selezione e interrogazione spaziale e degli attributi di dati raster e
vettoriali.
Sistemi informativi territoriali: Definizione dei modelli concettuale e logico. I metadati.
Rassegna delle basi di dati a livello comunale, regionale e nazionale e delle tecniche di distribuzione e condivisione dati (webGIS, geoservizi).
Esercitazioni in laboratorio.
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: generazione del raster, confronti tra metodi di interpolazione, calcolo di residui, metodi di visualizzazione, estrazione di sezioni, confronti multi-temporali, calcolo di volumi. Elaborazione di dati vettoriali e raster in applicazioni di ingegneria civile e ambientale.
Bibliografia
Testi consigliati.
F. Migliaccio, D. Carrion. Sistemi informativi territoriali. UTET, 2019. – 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 (ppt) presentate a lezione, i dati per le esercitazioni e le elaborazioni con i programmi, da svolgere in aula informatica, una guida-tutorial con esercizi risolti e guidati sono disponibili sulla piattaforma didattica di Ateneo elly2021.dia.unipr.it, sotto LAUREE TRIENNALI, INGEGNERIA CIVILE E AMBIENTALE, 3^ ANNO, SISTEMI INFORMATIVI TERRITORIALI (accesso previa registrazione). Tutto questo 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. Saranno inoltre disponibili i link alle registrazioni delle lezioni a.a. 2020/21.
Il software impiegato (QGIS) è installato nei laboratori informatici, accessibili anche da remoto sia per lo studio a casa durante il periodo sia per la preparazione dell’esame. Tuttavia si raccomanda l’installazione sui PC personali del software QGIS, per riprendere più facilmente le esercitazioni anche individualmente a casa e sviluppare capacità di autoapprendimento.
Istruzioni per il download e la versione di QGIS da usare saranno riportate sul sito Elly in tempo utile.
Metodi didattici
L’insegnamento viene tenuto in presenza e si articola in lezioni frontali sugli argomenti di teoria ed esercitazioni in laboratorio informatico con il software QGIS. Nel complesso, la proporzione tra di ore di lezione ed esercitazioni di laboratorio è circa 2:3.
Data la natura applicata dell’insegnamento e l’importanza delle esercitazioni con uso di software, si consiglia la partecipazione in presenza poichè la registrazione delle attività di laboratorio in presenza è poco efficace.
L’introduzione all’impiego dei sw e delle numerose funzioni disponibili è guidata in classe con esemplificazione di semplici esercizi. Per l’approfondimento personale è disponibile un tutorial in formato pdf sull’uso 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 su internet. La soluzione, se logisticamente possbile, verrà discussa in gruppi di 2-3 allievi valutando le alternative; verrà poi implementata in autonomia.
Modalità verifica apprendimento
L’esame sarà svolto in presenza o a distanza a seconda delle disposizioni di Ateneo vigenti all’epoca di iscrizione all’appello.
Qualunque sia la modalità, l’esame consiste in un colloquio orale iniziale, con domande sui contenuti di tipo teorico, seguito da proposizione di 2-3 semplici esercizi di elaborazione, visualizzazione, interrogazione di dati tramite il programma QGIS.
Per superare l’esame lo studente deve dimostrare, sia nel colloquio sia nella parte pratica, di possedere conoscenze e abilità elencate negli obiettivi formativi di cui sopra.
Nella formazione del punteggio le domande orali contano per circa il 60% 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. Nel sito Elly dell’insegnamento sono presenti il Syllabus e due documenti pdf: Argomenti_esame_SIT.pdf, che contiene la lista dettagliata delle abilità richieste nell’uso del software che sono indispensabili per il superamento dell’esame, e domande_orale.pdf, che contiene invece una serie di domande tipo e consigli su come prepararsi.
Gli esercizi al calcolatore durante l’esame possono essere svolti su PC del docente o dello studente, anche in relazione alla modalità d’esame. Va impiegata la versione del sw QGIS consigliata a lezione o successive.
Altre informazioni
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Obiettivi agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile
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