Modelli

Anche se la consultazione del database e il rilevamento derivativo costituiscono i capisaldi dell'analisi di GIS intrapresa oggi, c'è un’altra area che offre un incredibile potenziale: il processo o Simulazione di Modelli. Il termine “Processo” si riferisce alla catena causale grazie alla quale alcuni eventi hanno luogo.

2.6.1 Tratti di Modellatura

Il processo di modellatura è una prospettiva eccitante per il GIS. È basato sulla nozione che nel GIS, il database non rappresenta semplicemente un ambiente, ma è un ambiente. Come tale è capace di essere misurato, manipolato ed attuato su dei processi geografici e temporali. Il database funziona come un laboratorio per l'esplorazione di processi in un ambiente complesso.

Spesso anche conoscenze molto semplici producono modelli complessi, quando permessi dall’interazione con l'ambiente.

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Un genere diverso è il supporto alle decisioni che può essere sostenuto ed in qualche modo modellato con l'uso di GIS. Infatti la tecnologia di GIS sta divenendo sempre più importante come uno strumento per appoggio di decisione.

2.6.2 La modellazione tridimensionale

Un modello di un oggetto tridimensionale GIS è un sistema a tre coordinate reali che può essere generato in diversi modi [13].

Se gli elementi quotati dell'oggetto si presentano in ordine sparso, si utilizza un algoritmo in grado di descrivere l'oggetto tramite una rete irregolare di triangoli quotati. L'algoritmo di modellazione si chiama TIN (Triangulated Irregular Network).

Se è disponibile, invece, una rete o griglia regolare di punti quotati descrivente l'oggetto, è possibile un modello tridimensionale DTM (Digital Terrain Model) o DEM (Digital Elevation Model) che permettono al sistema di ricavare mappe di livello, analisi di visibilità, analisi della pendenza, viste 3D e molto altro.

In particolare dalla costruzione di un modello TIN, DTM, DEM, è possibile ricavare la distanza reale tra due punti, individuare il percorso minimo e generare interpolazioni di quota.

Tutte queste operazioni si indicano come: " funzione di modellazione tridimensionale GIS" e corrispondono ad operatori specifici appartenenti agli ambienti di sviluppo GIS più evoluti.

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Il GIS consente di mettere in relazione tra di loro dati diversi, sulla base del loro comune riferimento geografico in modo da creare nuove informazioni a partire dai dati esistenti. Il GIS offre un insieme di strumenti che ne facilitano la personalizzazione e l'adattamento alle problematiche specifiche dell'utente.

I GIS presentano normalmente delle funzionalità di analisi spaziale ovvero di trasformazione ed elaborazione degli attributi degli elementi geografici [14].

Esempi di queste elaborazioni sono:

● l'overlay topologico: una sovrapposizione tra gli elementi dei due temi per creare un nuovo tematismo;

● il buffering: da un tema puntuale, lineare o poligonale definire un poligono di rispetto ad una distanza fissa o variabile in funzione degli attributi dell'elemento; ● La network analysis (analisi di rete) : algoritmi che da una rete di elementi lineari

(es. rete stradale) determinano i percorsi minimi tra due punti. ● l’analisi delle reti a grafo;

● La segmentazione: algoritmi di solito applicati su temi lineari per determinare un punto ad una determinata lunghezza dall'inizio del tema;

3.1 Overlay topologico

L'overlay topologico rappresenta la funzione base di un GIS. I diversi gusci informativi descriventi un particolare oggetto geografico (dati geometrici, dati topologici, vari livelli di attributi informativi, informazione sugli oggetti collaterali) devono essere integrabili e formare un livello informativo in cui siano sovrapponibili e sommabili logicamente in base alla particolare ricerca richiesta dall'utente.

Le funzioni di sovrapposizione si dividono in tre gruppi principali: punti su poligoni, linee su poligoni, poligoni su poligoni. Se, ad esempio, in un'area geografica (poligono principale) è presente una palificazione, una conduttura idraulica e una vasca di raccolta delle acque, la sovrapposizione dei livelli informativi relativi ai pali (punti) rispetto

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al livello informativo base relativo all'area (poligono di riferimento), tramite un operatore di overlay punto su poligono, permette la conoscenza della struttura dell'ancoraggio dei pali rispetto alla natura del terreno e la previsione della loro buona tenuta in base alle caratteristiche chimiche del terreno

circostante. Un operatore di overlay linea su poligono potrà individuare le caratteristiche geologiche della zona scavata per mettere in opera la conduttura, l'eventuale capacità del terreno di assorbire una perdita liquida. Infine un operatore di overlay poligono su poligono potrà individuare le modificazioni dell'area circostante la vasca, eventuali perdite della stessa, la probabilità di una possibile frana che possa interessarla.

Come si vede sono possibili visualizzazioni e mappature grafiche ma, soprattutto, analisi non banali e ricerche che sfruttano tutte le informazioni accessibili. Si pensi alle applicazioni in un progetto di edificazione di fabbricati di civile abitazione e dei relativi servizi in area geologicamente dissestata o a rischio di terremoti.

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Operatore di buffering

La funzione di buffering consente all'operatore di creare una zona di rispetto confinante con un elemento geografico mappato in un GIS. Ad esempio una linea corrispondente ad un elettrodotto deve essere evidenziata con la sua area di rispetto in cui è presente un possibile inquinamento elettromagnetico. La funzione di buffering può creare, secondo le specifiche date dall'operatore, tale zona che può non essere di ampiezza costante ma parametrizzata: ad esempio dipendente dal raggio di curvatura dell'elettrodotto o dall'umidità presente nel suolo o dalla densità di vegetazione del terreno o dalla sua tensione di esercizio. Sono possibili buffering asimmetrici rispetto ai due lati della linea che individua l'elemento geografico. Il risultato del buffering è sempre un livello informativo di tipo poligonale che potrà essere utilizzato nelle successive analisi.

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3.3 Analisi di rete

L'insieme di operatori e funzionalità chiamate analisi di rete consiste nelle risorse per realizzare particolari analisi di strutture geografiche disposte in rete di elementi. Ad esempio una rete può descrivere l'insieme delle strade di una città o le condutture del suo impianto di distribuzione dell'energia elettrica. Alcune tipiche funzionalità relative all'analisi di rete sono:

● Determinazione del minimo percorso: capacità di individuare il percorso minimo tra due punti qualsiasi della rete.

● Allocazione di risorse: una sorgente di risorse o servizi è connesso alla rete che contiene i relativi consumatori o clienti. L'analisi di allocazione delle risorse può stabilire la quantità di risorse richieste in un punto della rete e il flusso di risorse che la sorgente è in grado di inviarvi. Si pensi all'analisi relativa ad una rete telefonica ed al numero di linee libere richieste per soddisfare gli utenti relativi ad un particolare distretto telefonico.

● Connettività tra punti della rete: capacità di determinare un percorso che connetta due punti della rete in alternativa a quello realizzato. Si pensi alla possibilità di individuare un percorso ferroviario che connetta due città in caso di interruzione di una linea per incidente.

3.3.1 Analisi delle reti a grafo

Una rete a grafo corrisponde ad una struttura complessa di elementi lineari tra loro variamente connessi. Si pensi ad una rete telefonica disposta su un territorio, oppure una rete fognaria e simili.

La descrizione di una rete a grafo necessita chiaramente dei dati topologici che individuano le proprietà di connessione/sconnessione dei vari elementi, il minimo percorso tra punti caratteristici, allocazione e densità di risorse presenti sui percorsi.

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Una struttura dati topologica con queste potenzialità si chiama lineare e consente di trattare il valore dei vari attributi tramite valori alfanumerici che possono essere processati da appositi algoritmi.

L'insieme degli algoritmi e dei metodi per analizzare una rete a grafo deve essere accessibile all'utente per mezzo di operatori forniti dal sistema GIS in uso.