CARTOGRAFIA E GIS

Docenti: 
Crediti: 
6
Sede: 
PARMA
Anno accademico di offerta: 
2021/2022
Responsabile della didattica: 
Settore scientifico disciplinare: 
TOPOGRAFIA E CARTOGRAFIA (ICAR/06)
Semestre dell'insegnamento: 
Secondo Semestre
Anno di corso: 
1
Lingua di insegnamento: 

Italiano

Obiettivi formativi

L’insegnamento si propone: di far conoscere le nozioni base sui sistemi di riferimento geodetici e le rappresentazioni cartografiche a fondamento dell’impiego consapevole degli strumenti informatici di elaborazione dei dati territoriali; di mostrare l’utilità dei GIS in applicazioni concrete di carattere ambientale e territoriale; di promuovere la capacità di applicare le conoscenze con un approccio tecnico-operativo. A tale scopo circa il 50% delle ore di insegnamento è speso in attività di laboratorio informatico.
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 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 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 nella professione in campo civile e ambientale.

Prerequisiti

E' necessario il possesso di abilità informatiche di base. Sono utili nozioni di topografia e concetti elementari sul trattamento statistico dei dati.

Contenuti dell'insegnamento

I Geographic Information Systems (GIS) sono strumenti informatici costruiti per organizzare, gestire ed elaborare la grande varietà di dati in gioco nei processi decisionali di progettazione, gestione e pianificazione del territorio e delle infrastrutture. Permettono di importare, elaborare, archiviare e rappresentare dati territoriali (entità) di varia natura.
La caratteristica delle informazioni memorizzate nel database di un GIS è quella di associare alle entità, oltre alle informazioni specifiche (attributi), la posizione espressa in un sistema di riferimento (SdR) geodetico/cartografico: i GIS possono quindi gestire dati forniti in SdR 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.
L’insegnamento si articola in una parte teorica ed una pratica. Nella prima si illustrano: i sistemi di riferimento geodetico, la loro definizione e le trasformazioni per riportare dati diversi ad un riferimento unico; le rappresentazioni cartografiche e le loro proprietà con particolare riferimento alle carte tecniche regionali e alle mappe catastali; le caratteristiche dei dati territoriali in formato digitale, le principali tecniche di acquisizione dati per i GIS e le loro caratteristiche e precisioni; le caratteristiche dei dati raster e vettoriali, con particolare attenzione ai Modelli Digitali del Terreno (DTM) e alle ortofoto.
Si introducono poi i GIS con un approccio dapprima operativo, attraverso la proposizione di casi tipo dai quali apprendere le metodiche più adatte all’importazione, selezione, ricerca ed elaborazione di dati raster e vettoriali. Successivamente si accenna alle fasi della progettazione di un GIS, 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 tali conoscenze a una serie di casi pratici, tratti da problematiche tipiche della professione, affrontati sulla piattaforma open source QGIS.

Programma esteso

Richiami di Geodesia: i sistemi di riferimento geodetici (SdR); trasformazioni di coordinate e trasformazioni tra SdR.
Cartografia: proiezioni conformi ed equivalenti, contenuti delle carte,
tolleranze; cartografia ufficiale italiana e cartografia catastale.
Cartografia numerica (CN): scala nominale.
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.
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. Creazione di file shape. Associazione ad entità geometriche di dati tabellari. Interrogazioni, operazioni di join e selezione di tipo spaziale e tabellare. Calcolo di statistiche di campo. Georeferenziazione di dati raster e vettoriali. Conversione da formati dxf a shape. Uso del calcolatore raster. Generazione di DTM: confronti tra metodi di interpolazione, calcolo di residui, metodi di visualizzazione, estrazione di sezioni, confronti multi-temporali, calcolo di volumi. Importazione di dati di rilievo in campagna. Preparazione di elaborati progettuali e tavole.

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.
C. Jones. Geographic Information Systems and Computer Cartography,
Prentice Hall. Non disponibile in Biblioteca politecnica di Ingegneria e Architettura.
Le diapositive presentate a lezione, i dati per le esercitazioni e le elaborazioni con i programmi da svolgere in aula informatica e una guida-tutorial saranno disponibili sulla piattaforma didattica di Ateneo Elly, Corso di Studio COSTRUZIONI INFRASTRUTTURE TERRITORIO, 1^ ANNO, sotto CARTOGRAFIA E GIS (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. 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 open source QGIS per riprendere le esercitazioni anche individualmente. 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 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 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 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_CartoGIS.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.