Università degli Studi di Parma Gruppo Utenti Dipartimento di Scienze Chimiche, della Vita Italiani di GRASS
e della Sostenibilità Ambientale
A. Clerici
GRASS7.4
(per Windows)
Manuale pratico introduttivo
aprile 2018
Questa opera è pubblicata sotto una Licenza Creative Commons
3
Indice
Premessa ……….……….……...……..…...……… p. 9
Introduzione ……….……...……..…..……… p. 9
• Caratteristiche generali di un GIS ……...……..…...…………..…… p. 9 •• Definizione ……….……...…...……… p. 9 •• Il modello dei dati ……….…...……..…...………. p. 9 •• La rappresentazione dei dati …………...……..…...……….……..……… p. 9
• Caratteristiche specifiche di GRASS ...……..…...………….……… p. 11 ••La rappresentazione dei dati ……...……..…...………..………... p. 11 ••Organizzazione dei dati ………..……...……..…...….…..………... p. 12 •• La regione di lavoro……….……….……...……..…...……… p. 13 •• Modalità di immissione dei comandi ….…….……...…..…...……… p. 13 •• Comandi e documentazione ….…….……...……..…...……… p. 13
Operazioni di base ………….……….……...…...……… p. 15
• Creazione di una cartella per il salvataggio dei files….……...……..…...……..…… p. 15
• Avvio di GRASS ….……….……...……..…...………..…… p. 15 •• Il Layer manager ……..….……….……...……..…...……… p. 17 •• Il Map Display ……..….……….……...……..…...……… p. 19
• Chiusura della GUI e uscita da GRASS ……....…...……..…...……… p. 20
• Cambio della Location e del Mapset …...……..…...……… p. 23
• Visualizzazione di carte raster e vettoriali ……….. p. 24
• Uscita da GRASS e salvataggio del settaggio corrente ………..…….. p. 33
Opzioni di visualizzazione di carte raster e vettoriali ………..…….. p. 33
• Opzioni di visualizzazione di una carta raster ……….………..……….. p. 34 ••Visualizzazione di specifiche categorie ……….. ……….………..…….. p. 35 ••Gestione delle celle con valore null ……….………..………..…….. p. 37
• Opzioni di visualizzazione di una carta vettoriale ……….………..…….. p. 37 ••Visualizzazione della geometria degli elementi ……….………..…….. p. 37 ••Visualizzazione dei numeri di categoria ……….. ……….………..…….. p. 37 ••Visualizzazione delle informazioni topologiche ……….………..…….. p. 38
••Visualizzazione dei vertici ……….………..…………..……..…….. p. 38
••Visualizzazione della direzione degli elementi lineari ……….………..…….. p. 39 ••Visualizzazione di specifiche categorie ……….. ……….………..…….. p. 39
Comandi principali per la gestione delle carte elencate nel Layer Manager ..…….. p. 43
• Comandi principali per la gestione delle carte raster ……….. ……….……….. p. 43 •• Rimozione di una carta dal Layer Manager ……….……….………..…….. p. 44 •• Ridenominazione di una carta ……….………..………..…..…….. p. 44 ••Modifica del livello di trasparenza di una carta ……….………..…….. p. 45 ••Opzioni di visualizzazione di una carta ……….……….………….…..…….. p. 46 •• Ridimensionamento dell’immagine alle dimensioni di una carta ……….……..…….…….. p. 46 •• Ridimensionamento della visualizzazione alle dimensioni di una carta ignorando
le celle con valore null ……….……….………..………...…….. p. 48 •• Modifica delle dimensioni della regione computazionale …………..….……..…….…….. p. 50 •• Allineamento della regione computazionale alla carta selezionata…………..…...…….…….. p. 50 •• Esportazione di una carta raster di GRASS in un altro formato ……….………..….…….. p. 52 •• Esportazione di una carta raster come un file di archivio ……….……….………….…….. p. 54
•• Copia di una carta ……….……….………..………..…….. p. 56
•• Definizione della tavola dei colori ……….………..………..…….. p. 56 •• Definizione della tavola dei colori in modo interattivo ….………..………..…….. p. 64 •• Disegno di una distribuzione di frequenza ……….………..…….………….…….. p. 65 •• Calcolo delle statistiche univariate ……….……….………….…….. p. 68 •• Calcolo delle statistiche di base ……….……….……..…….…….. p. 69 •• Disegno di un profilo attraverso una o più carte ……….………….…….……….…….. p. 70 •• Informazioni di base di una carta ……….……….…….. p. 74
• Comandi principali per la gestione delle carte vettoriali ……….……….………….…….. p. 75
•• Rimozione di una carta dal Layer Manager ……….……….……….…….. p. 76 •• Ridenominazione di una carta ……………….……….…….. p. 77 ••Modifica del livello di trasparenza di una carta …………..…….……….……….…….. p. 77 •• Opzioni di visualizzazione di una carta ……….……….………..…….…….. p. 78 •• Ridimensionamento dell’immagine alle dimensioni di una carta ……….…….. p. 79 •• Modifica delle dimensioni della regione computazionale ……………….. p. 81 •• Esportazione di una carta vettoriale di GRASS in un altro formato ………….. p. 81 ••Esportazione nel formato PostGis ……………….………….…….. p. 83 •• Esportazione della tavola degli attributi ……………….….…….. p. 83 •• Esportazione di una carta vettoriale come un file di archivio ……….……….…….….…….. p. 84
•• Copia di una carta ……….……….………….…….. p. 86
•• Gestione dei colori ……….……….………….…….. p. 87
•• Gestione e modifica della tavola degli attributi ……………….………..….…….. p. 90 ••• Visualizzazione del contenuto della tavola ……………….……….…….. p. 90 ••• Modifica di un record ………..………….………….…….. p. 96 ••• Inserimento di un nuovo record ……………….………….…….. p. 97 ••• Cancellazione dei records ………………..……….…….. p. 98 ••• Cancellazione dell’intero contenuto della tabella …………….…….. p.100 ••• Selezione di tutti i records .……………..….………….…….. p.101 ••• Deselezione di tutti i records ……….……………..….………….…….. p.101 ••• Evidenziazione nella carta di elementi selezionati ……….…….………….…….. p.101 ••• Evidenziazione nella carta di elementi selezionati e ridimensionamento dell’immagine …….. p.102 ••• Costruzione di una carta contenente elementi estratti dalla carta selezionata ……….. p.103 ••• Cancellazione dalla carta di elementi selezionati ………...……….…….. p.104 ••• Ricarica e rivisualizzazione della tavola ………...………….………….…….. p.105 ••• Aggiunta, ridenominazione e cancellazione di una colonna ……….…….. p.105 ••• Inserimento e cancellazione di layers ……….. p.108
••Editing delle carte vettoriali ……….……….…….. p.111
•• Ricostruzione della topologia di una carta ……….…….. p.112 •• Visualizzazione delle caratteristiche di base di una carta ………..………….…….. p.113
I tasti funzionali del Map Display……….……….…….. p.115
• Visualizzazione nel Map Display del contenuto del Layer Manager ………..…….…….. p.115
• Attivazione del puntatore………..…...…….…….. p.115
• Creazione di una nuova carta vettoriale tramite selezione interattiva di elementi….…….. p.115
• Attivazione del puntatore………..………….…….. p.115
• Interrogazione interattiva di carte ……….……….…….. p.116
• Spostamento dell’immagine ………..……….…….. p.118
• Ingrandimento dell’immagine ……….………..…….. p.118
• Riduzione dell’immagine ………..……….…….. p.118
• Visualizzazione alle dimensioni della carta selezionata ………..……….…….. p.119
• Visualizzazione alle dimensioni della regione computazionale corrente ………….…….. p.119
• Ritorno alla visualizzazione precedente ……….. p.119
• Modifica dell’area di visualizzazione e della regione corrente ……….. p.119 •• Dimensionamento dell’immagine alle dimensioni della regione di default ………….……….. p.119 •• Dimensionamento dell’immagine alle dimensioni di una regione salvata in un file …..…….. p.119 •• Impostazione della regione computazionale all’estensione attuale del display ……….…….. p.120 •• Impostazione interattiva della regione computazionale ……….. p.120 •• Impostazione della regione computazionale tramite le informazioni contenute in un file ….. p.120 •• Salvataggio in un file delle dimensioni dell’immagine corrente ……….………. p.121 •• Salvataggio in un file delle caratteristiche della regione corrente ……….……….. p.121
• Analisi delle carte ………..……….. p.122
•• Misura di distanze ……….……….……….. p.122
•• Misura di un’area ……….……….……….. p.123
•• Disegno di un profilo attraverso una o più carte raster ………...………….………….….. p.124 •• Disegno di un diagramma a dispersione dei valori contenuti in due carte raster ……….. p.124
……….………..
5 •• Analisi dei reticoli vettoriali ………...……….………..……….. p.128 ••• Individuazione del percorso più breve fra due punti …….………..……..… p.129 ••• Individuazione del percorso più breve congiungente un insieme di punti ………..………. p.132 ••• Attribuzione degli elementi di un reticolo al punto più vicino (o meno costoso)
da raggiungere ………..…………. p.134
••• Suddivisione del reticolato in fasce di ugual distanza (o costo di percorrenza) da punti
definiti nell’area ……….……….……….. p.135
• Inserimento di elementi descrittivi di una carta ………..……….. p.137 •• Inserimento della legenda in una carta raster.………..……….. p.137 •• Inserimento della legenda in una carta vettoriale………..……….. p.139 •• Inserimento della scala grafica ……….……….. p.141 •• Inserimento della direzione del nord ……….……….. p.143
•• Inserimento di un testo ……….……….……….. p.144
• Salvataggio dell’immagine in un file ……….……….. p.145
• Scelta dell’ambiente di lavoro (2D view, 3D view, Digitize) ……….……..……….. p.146
• Opzioni della barra di stato della cornice inferiore……….……….. p.148 •• Visualizzazione delle coordinate di un punto ……….……….. p.149 •• Visualizzazione dell’estensione della regione geografica corrente ……..……….. p.149 •• Visualizzazione delle caratteristiche della regione computazionale corrente …….……….. p.149 •• Visualizzazione della cornice che delimita la regione computazionale corrente ….……….. p.149 •• Modalità di visualizzazione dell’immagine ……….……….. p.150 •• Adattamento della risoluzione di visualizzazione alla risoluzione della regione
computazionale ……….……….………….. p.151
•• Visualizzazione del numero di righe, colonne e risoluzione del display …...…...………….. p.151 •• Visualizzazione della scala dell’immagine ……….……….. p.152 •• Posizionamento dell’immagine in corrispondenza di un punto definito da
una coppia di coordinate ……….……….……….……….. p.152
•• Visualizzazione delle coordinate in un sistema diverso da quello corrente …..……….………….. p.152
I tasti funzionali del Layer Manager….……….……….. p.153
• Apertura di un Map Display ……….…….……….. p.153
• Cancellazione del contenuto del Layer Manager………….………..……….. p.153 Inserimento di un settaggio precedentemente salvato ……….……..……….………….. p.154
• Salvataggio del settaggio corrente del Layer Manager …….………..……….. p.154
• Inserimento multiplo di carte nel Layer Manager ………..….……….. p.154
• Inserimento di una carta raster e opzioni di visualizzazione………..……….. p.155
• Inserimento e visualizzazione di altre tipologie di carte raster ………….………….………. p.155 •• Inserimento di una carta raster 3D ……….……….. p.156
•• Inserimento di carte RGB ……….……….. p.156
•• Inserimento di carte HIS ……….……..……….. p.158
•• Inserimento di carte con ombreggiatura …..……….………..……….. p.160 •• Inserimento di frecce direzionali …………...……….………….……….. p.161 •• Inserimento dei valori delle celle ……….……….. p.162
• Inserimento di una carta vettoriale e opzioni di visualizzazione …..……….. p.163
• Visualizzazione di carte tematiche ricavate da una carta vettoriale …….……….. p.163 •• Visualizzazione di una carta coropletica …..……….……….. p.164 •• Visualizzazione di istogrammi o diagrammi a torta relativi alle diverse categorie
presenti in una carta ……….………..……….. p.165
• Aggiunta di vari tematismi in sovrapposizione …………...……….. p.168 •• Inserimento di un reticolato geografico o chilometrico ……….………...……….. p.169 •• Visualizzazione delle etichette descrittive ……….……….. p.170 •• Tracciamento di una linea ortodromica ……….……….. p.170 •• Tracciamento di una linea lossodromica ……….……….. p.171 •• Inserimento di un comando in modalità Linea di Comando …..……….……….. p.172
• Acquisizione di carte tramite il servizio web (World Wide Web) ………..……….. p.174
• Raggruppamento di comandi ……….……….……….. p.174
• Cancellazione di elementi dal Layer Manager ……….………..……….. p.176
• Editor di carte vettoriali ………..……….……….. p.176
• Visualizzazione della tavola degli attributi di una carta vettoriale………..……….. p.176
• Importazione, connessione, esportazione e spacchettamento di una carta
raster o vettoriale ………….………..……….……….. p.176 •• Importazione di una carta raster ………..……….……….. p.176 •• Spacchettamento di una carta raster ………..……….……….. p.177
• Costruzione di una carta tramite operazioni aritmetiche e logiche su altre carte …..…….. p.178
• Rettificazione di un’immagine ………..………...……….. p.183
• Modellazione grafica di un diagramma di flusso ……….……….. p.183
• Costruzione di una carta in formato PostScript……….………..………….. p.190
• Esecuzione di uno script ……….………..……….. p.192
• Apertura di un editor del linguaggio Python …..………..……….. p.194
• Settaggio delle caratteristiche dell’Interfaccia Grafica ……….. p.194
• Accesso al manuale di GRASS ……….………..……..……….. p.194
I menu funzionali del Layer Manager ………..……….. p.196
• Il menu File ………..……….………..……….………….. p.196 •• Visualizzazione del contenuto dei Mapset (g.list) ………..………….. p.196 •• Copia di carte e file (g.copy) ………….………..………..…….. p.200 •• Ridenominazione di carte e file (g.rename) ………..………….. p.204 •• Cancellazione di carte e file (g.remove) ………..……….. p.205 •• Costruzione di una carta raster da una vettoriale (v.to.rast)…………..……..………..……….. p.207 •• Costruzione di una carta vettoriale da una raster (r.to.vect) …………..…………..…..………….... p.209 •• Importazione di dati in formato ASCII (v.in.ascii) ………..……..….. p.211 •• Esportazione di dati in formato ASCII (v.out.ascii) ………..……….... p.215
• Il menu Settings ……….………..……….. p.218 •• Gestione della regione di lavoro (g.region) ………..………….………….. p.218 ••• Visualizzazione delle caratteristiche della regione corrente ………..………….. p.218 ••• Creazione di una regione ……….…..………….. p.219 ••• Salvataggio di una regione ……….………….….. p.223 ••• Impostazione della regione di default ………..……….….…….….. p.223 ••• Utilizzo di una regione salvata ……….………….. p.224 ••• Effetti della regione corrente sulla costruzione di una carta ………. p.224 ••• Definizione di una regione in base alle dimensioni di una carta esistente …………..………….. p.225 ••• Definizione di una regione tridimensionale ……..……….………….. p.226 •• Gestione dell’ambiente di lavoro ……….……….. p.229 ••• Creazione di un Mapset ………..……….………….. p.229 ••• Accessibilità ai Mapset (g.mapsets) ………..……….……….. p.230 ••• Sostituzione del Mapset corrente ……….……….. p.231 ••• Visualizzazione del settaggio corrente (g.gisenv) ……….………….………….. p.232
• Il menu Raster ……….……..……….. p.233 •• Gestione delle categorie e delle etichette (r.category) ……….………….. p.233 •• Interrogazione dei colori associati alle categorie (r.what.color) ………..……... p.235 •• Calcolo delle statistiche elementari (r.stats) ……..……….………….. p.235 •• Costruzione di un report (r.report) ……….………….. p.240 •• Riclassificazione delle categorie (r.reclass) ……….………….. p.243 •• Riclassificazione in categorie con uguale estensione areale (r.rescale.eq) ……….. p.248 •• Assegnazione di categorie diverse a gruppi distinti di celle (r.clump) ……….….. p.251 •• Estrazione di singoli raggruppamenti di celle (clumps) con estensione areale minore
o maggiore di un determinato valore (r.reclass.area) ……….……….. p.252 •• Unione di carte (r.patch) ………...……….……….. p.258 •• Utilizzo di una maschera (r.mask) ……….……….. p.260 •• Creazione di fasce nell’intorno di celle con valore diverso da null (r.buffer) ……….. p.265
Esercizio riassuntivo relativo alle carte raster……….……….. p.267
• Il menu Database ……….……………….……….. p.283 •• Elenco dei driver disponibili (db.drivers) ………..……………….………….. p.284 •• Connessione ad un database (db.connect) …..……………….……….….. p.284 •• Elenco delle tavole presenti in un database (db.tables) ……….……… p.285 •• Copia di una tavola (db.copy) ……….………………….……….. p.286
7 •• Trasferimento di informazioni dalla geometria al database (v.to.db) ……….………. p.288 •• Creazione di una nuova carta contenente elementi selezionati da una carta esistente (v.extract) … p.294 •• Creazione di una fascia nell’intorno degli elementi di una carta (v.buffer) ……….. p.298 •• Sovrapposizione condizionata di due carte (v.overlay) ……………….……….. p.302 ••• Overlay con operatore and ……….……….……….. p.304 ••• Overlay con operatore or ……….……….……….. p.306 ••• Overlay con operatore not ……….………….. p.308 ••• Overlay con operatore xor ……….……….………….. p.309 •• Unione di più carte (v.patch) ……………….………….. p.312 •• Riclassificazione di una carta (v.reclass) ……………….……….. p.313 •• Cancellazione delle linee di separazione fra aree con lo stesso numero di categoria
o con lo stesso attributo (v.dissolve) ……….…………..……….……….. p.317
Esercizio riassuntivo relativo alle carte vettoriali ……….……….……….. p.318
• Il menu Imagery ……….……………….……….. p.328
• Il menu 3D raster ……….……………….……….. p.329 •• Trasformazione di una carta tridimensionale da vettoriale a raster (v.to.rast3) ……….. p.333 •• Rapporti e statistiche del contenuto di una carta 3D (r3.info) ……….……….….. p.333 •• Tracciamento di sezioni attraverso un raster 3D (r3.cross.rast) ………...…….. p.334 •• Costruzione di un volume 3D da punti vettoriali tridimensionali (v.vol.rst) ……….... p.336 •• Creazione di una serie di carte 2D sezionando una carta 3D (r3.to.rast) ………..….. p.338 •• Animazione di una sequenza di carte raster e vettoriali (g.gui.animation) ……… p.339 •• Costruzione di un volume 3D tramite operazioni aritmetiche e logiche su
volumi 3D (r3.mapcalc) ………………..……..………….. p.341
• Il menu Temporal ……….……………….………….. p.343
•• Creazione di un datset ……….………..………….. p.345
•• Inserimento di carte spazio-temporali in un dataset …………..………..………….. p.346 •• Statistiche relative alle carte di un dataset ……….……….……….. p.348 •• Estrazione di un sottoinsieme di carte ………..……….. p.350 •• Aggregazione temporale ……….………..………..……….……….. p.352 •• Grafici dell’estensione temporale dei dataset ……….……….……….. p.353
• Il menu Help ……….……….….……….. p.354
Altre modalità di immissione dei comandi ……….………….……….. p.355
• Inserimento di un comando nel Layer Manager ……….……….……….. p.355
• Inserimento di un comando nella finestra Console ……...……….……… p.355
• Inserimento di un comando dalla finestra Modules …...…………………….. p.357
• Inserimento dei comandi dal prompt di GRASS ……….………….………….. p.359
Esercizio riassuntivo relativo all'immissione dei comandi dal prompt di GRASS ……… p.362
Appendice A. Creazione, ridenominazione e cancellazione di una
Location e di un Mapset .…………………..…….……….. p.366
• Creazione, ridenominazione e cancellazione di una Location .……..…….……….. p.366
•• Creazione di una Location ………………..…….……….…….. p.366 ••• Creazione di una Location tramite il codice EPSG .………..…….……….. p.366 ••• Creazione di una Location tramite un file georeferenziato …………..…….……….. p.374 •••Creazione di una Location tramite un file contenente i parametri del sistema
di coordinate nel linguaggio WKT …………..……….……….. p.379 •••Creazione di una Location con un generico sistema di coordinate Cartesiane ..…………….. p.383 ••• Creazione di una Location selezionando i parametri del sistema di coordinate da una lista….. p.385 ••• Creazione di una Location con i parametri nel formato PROJ.4 …..…..…….……….. p.389 •• Ridenominazione di una Location …..………..…….……….. p.393 •• Cancellazione di una Location …..………..…….……….. p.394
• Creazione, ridenominazione e cancellazione di un Mapset ………..…….……….. p.396
•• Creazione di un Mapset …..………..…….……….. p.396
•• Ridenominazione di un Mapset …..………..…….……….. p.396
•• Cancellazione di un Mapset …..………..…….………….. p.397
Appendice B. Accesso a materiale cartografico tramite web (World Wide Web) …….. p.399
a) Geoportale della Regione Emilia-Romagna ... p.399 b) Geoportale Nazionale ... p.403
Premessa
Il manualetto è destinato a chi si appresta ad utilizzare GRASS per la prima volta, ed illustra i comandi e le operazioni d'uso più frequente.
E’ strutturato in modo che l’analisi e la sperimentazione dei comandi possano essere eseguiti in modo autonomo, senza l’assistenza di un tutore, anche se ovviamente la presenza di una persona esperta può risultare utile in alcune circostanze. Il ricorso al manuale in linea di GRASSS può comunque chiarire la maggior parte dei dubbi e aiutare a risolvere molti problemi, oltre a permettere l’approfondimento di ogni singolo comando.
Il manuale fa riferimento alla versione 7.4.0 di GRASS per Windows e si suppone ovviamente che l’utente abbia installato una versione analoga di GRASS scaricandola dal sito di GRASS (https://grass.osgeo.org/). Attualmente il modo più semplice per l’installazione di GRASS sotto sistema operativo Windows, da Windows XP fino a Windows 10, è tramite GRASS 7.4.0 Stand-alone Installer, che include la possibilità di installare le tre Locations (cartelle di dati),
demolocation, Spearfish60_grass7 e nc_spm_08_grass7, utilizzate nel manuale.
La segnalazione di errori, imprecisioni ed omissioni è ovviamente gradita.
Introduzione
• Caratteristiche generali di un GIS
•• Definizione
Un Sistema Informativo Geografico, o GIS (da Geographic Information System), è un Sistema informatico per l'acquisizione, conservazione, analisi e visualizzazione di dati geografici.
Viene definito sistema in quanto costituito da un insieme di componenti, hardware, software e umane, che interagiscono fra loro. Caratteristica specifica di un GIS è la capacità di gestire dati geografici, o georeferenziati, vale a dire dati relativi ad elementi od oggetti della superficie terrestre la cui posizione è definita da un insieme di coordinate.
•• Il modello dei dati
In un GIS tutti gli oggetti presenti sulla superficie terrestre sono rappresentati mediante tre caratteristiche essenziali: la geometria, la topologia e gli attributi.
La geometria riproduce la forma degli oggetti e viene ricondotta a tre elementi di base: punto, linea (o arco) e poligono (o area). Un punto viene utilizzato per riprodurre elementi puntiformi, come ad esempio un punto quotato, un pozzo, o la posizione di una stazione meteorologica. La linea definisce elementi a sviluppo lineare come una strada, una linea elettrica o un corso d'acqua. Il poligono definisce aree chiuse, come il perimetro di un edificio, un lago o un affioramento geologico.
La topologia è l'insieme delle informazioni che riguardano le mutue relazioni spaziali tra i diversi elementi come la connessione, ad es. di una linea con un'altra, l'adiacenza, ad es. di due poligoni con un bordo in comune, o l'inclusione, ad es. di un poligono completamente contenuto in un altro.
Gli attributi rappresentano i dati descrittivi (quantitativi e/o qualitativi) dei singoli oggetti reali. Per un elemento puntiforme rappresentante un pozzo, gli attributi possono ad esempio essere costituiti dalla profondità, l'anno di perforazione e il nome del proprietario, per una stazione meteorologica la temperatura dell'aria o le precipitazioni, per una strada la larghezza, la categoria o il tipo di pavimentazione.
•• La rappresentazione dei dati
Nei GIS possono essere utilizzate due diverse tecniche di rappresentazione dei dati: vettoriale e raster.
Nella rappresentazione vettoriale un punto è definito da una coppia di coordinate mentre una linea o un poligono dalle coordinate di un insieme di punti che quando connessi fra loro con segmenti retti, formano la rappresentazione grafica dell'oggetto (fig.1).
Nella rappresentazione raster invece, l'area considerata è suddivisa in un insieme di celle, generalmente di forma quadrata, in ciascuna delle quali viene registrato l'attributo (o categoria) presente. Ad ogni cella viene quindi attribuito un valore numerico (fig.2).
In un GIS le diverse tipologie di oggetti presenti sulla superficie terrestre sono generalmente distinti in elaborati diversi, o carte. Ogni elaborato contiene quindi una diversa caratteristica o tematismo, come l'idrografia, l’altimetria, ecc. (fig.3). I dati in forma raster occupano generalmente più memoria dei dati in forma vettoriale in quanto ad ogni cella viene assegnato un attributo, anche se esistono tecniche di compattazione dei dati che limitano questo inconveniente. Il vantaggio è che lo spazio geografico risulta uniformemente definito in un modo semplice e prevedibile, essendo i dati ordinati in una matrice di righe e colonne. In tal modo la rappresentazione raster risulta più adatta nelle analisi che richiedono numerose
combinazioni matematiche di dati che presentano una continua variabilità nello spazio, come le temperature, le precipitazioni, l'altimetria ecc. Sono quindi eccellenti nella valutazione di modelli ambientali. I dati vettoriali sono particolarmente adatti all’analisi degli elementi lineari, come ad esempio all’analisi dei reticoli, come quello stradale o idrografico.
Fig.1. Rappresentazione vettoriale di punti, linee (archi) e aree (poligoni). L’origine delle coordinate si intende nel vertice inferiore sinistro dell’area rappresentata.
Fig.2. Rappresentazione raster di punti, linee (archi) e aree (poligoni).
Fig.3. Rappresentazione del territorio mediante tematismi distinti, passibili di elaborazione tramite un GIS.
• Caratteristiche specifiche di GRASS
GRASS (Geographical Resources Analysis Support System) è un "free open source software" ed è quindi acquisibile ed utilizzabile gratuitamente ed è costituito da circa 400 moduli, o comandi, diversi.
GRASS è disponibile per i sistemi operativi Linux, Windows e Mac OSX.
•• La rappresentazione dei dati
In GRASS ad ogni cella (o pixel) di una carta raster, viene attribuito un solo valore di categoria ed eventualmente un’etichetta descrittiva. La non assegnazione esplicita di una categoria comporta l’assegnazione automatica di un valore particolare definito null.
In GRASS un’immagine vettoriale è costituita da un insieme di caratteristiche geometriche e di attributi.
La geometria di un elemento, riproducibile mediante le forme geometriche elementari punto, linea e poligono, è riconducibile ad una delle cinque tipologie seguenti:
Point (punto). Per rappresentare gli elementi puntiformi (punti quotati, pozzi, ecc.). Ogni punto è rappresentato da una coppia di coordinate.
Line (linea). Per rappresentare elementi lineari (strade, fiumi, linee elettriche, ecc.). Ogni linea è costituita da una spezzata.
I due punti alle estremità sono definiti nodi, mentre i punti intermedi sono definiti vertici. Ogni linea viene memorizzata mediante una sequenza di coppie di coordinate in corrispondenza dei nodi e dei vertici della spezzata.
Boundary (bordo). Per rappresentare, anche parzialmente, i bordi di aree chiuse (laghi, piante di edifici, appezzamenti di terreno, ecc.). E’ una spezzata memorizzata mediante una sequenza di coppie di coordinate in corrispondenza dei nodi e dei vertici, come per una linea.
Centroid (centroide). E’ un elemento puntiforme all’interno di un’area chiusa in corrispondenza del quale
vengono inseriti gli attributi dell’area. Ogni centroide, essendo rappresentato da un punto, è definito da una coppia di coordinate.
Area (area). E’ l’insieme di un bordo di area (boundary) completo, vale a dire chiuso, e del relativo centroide (centroid).
La geometria è salvata in uno specifico formato vettoriale di GRASS (formato nativo). E’ comunque possibile importare e trasformare molti altri formati. Inoltre alcuni formati di altri GIS, come ad es. i files SHAPE, possono essere utilizzati direttamente senza la conversione di formato.
Nel file della geometria ogni elemento è generalmente caratterizzato da un numero di categoria, che può essere comune a più elementi.
Tutti gli attributi delle immagini vettoriali sono salvati in una tavola (definita table) all’interno di un database gestito da un DBMS (DataBase Management System) e collegati alle caratteristiche geometriche mediante una DBMI (DataBase Management Interface). Sono utilizzabili diversi DBMS: SQLite rappresenta il database di default.
Una table (o tavola degli atributi) è costituita da un insieme di colonne, ciascuna delle quali rappresenta una tipologia di attributo, e da tante righe quanti sono gli oggetti presenti nella carta (o i gruppi di oggetti che nel file della geometria hanno lo stesso valore di categoria).
La connessione fra ciascun elemento vettoriale (punto,linea,poligono) nel file della geometria ed i suoi attributi nella table è effettuato tramite il numero di categoria.
geometria tavola attributi
Cat coordinate Cat attributo1 attributo2 ….….
1 x,y,x,y,………. 1 33 nomeA 4 x,y,x,y,………. 2 215 nomeB 4 x,y,x,y,………. 3 28 nomeC 2 x,y,x,y,………. 4 12 nomeD 1 x,y,x,y,………. 5 33 nomeE 5 x,y,x,y,……….
3 x,y,x,y,……….
In molte circostanze, quando si crea una carta vettoriale viene automaticamente creata la tavola degli attribuiti a cui viene assegnato lo stesso nome della carta. Dal momento che il linguaggio per la gestione delle tavole, SQL, non consente l’utilizzo del punto all’interno del nome di una tavola, anche il nome della carta vettoriale è soggetto alla stessa restrizione.
I formati vettoriale e raster sono salvati in cartelle (o directory) diverse, e sono gestiti mediante comandi diversi, per cui è possibile assegnare lo stesso nome ad una carta vettoriale e ad una raster senza problemi di conflittualità.
E’ anche possibile, mediante l’utilizzo dei cosiddetti layer, connettere gli oggetti contenuti nel file della geometria a più table con attributi diversi. La connessione fra un oggetto nel file della geometria ed uno specifico attributo di una table, avviene attraverso il numero di categoria (cat), secondo il seguente schema (si noti che uno stesso oggetto può essere attribuito contemporaneamente a diversi layer, come ad es. il primo dell’elenco, che è collegato alla table A tramite il layer1, e alla table B tramite il layer2):
File della geometria layer 1
cat
layer 2
cat coordinate
2 3 x,y x,y ….. table A (connessa al layer 1)
1 x,y x,y ….. cat Attributo 1 Attributo 2 ………..
1 x,y x,y ….. 1 Nome A ……….. ………..
1 x,y x,y ….. 2 Nome B ……….. ………..
1 3 x,y x,y ….. 3 Nome C ……….. ………..
2 x,y x,y …..
1 x,y x,y ….. table B (connessa al layer 2)
3 4 x,y x,y ….. cat Attributo 1 Attributo 2 ………..
2 x,y x,y ….. 1 Nome A ……….. ………..
2 x,y x,y ….. 2 Nome B ……….. ………..
4 x,y x,y ….. 3 Nome C ……….. ………..
…… ……….. 4 Nome D ……….. ………..
•• Organizzazione dei dati
In GRASS i dati sono contenuti in una cartella definita DATABASE (ad esempio /home/grassdata).
Il DATABASE è suddiviso in altre cartelle definite LOCATIONS. Ciascuna LOCATION, la cui denominazione viene definita dall'utente, rappresenta un insieme indipendente di dati.
DATABASE
(ad es. /home/grassdata) > LOCATION 1 > LOCATION 2 > LOCATION 3 > ...
Non esiste limite al numero di LOCATIONS che possono essere create. Un criterio per definire la suddivisione di un DATABASE in LOCATIONS potrebbe essere ad esempio quello geografico. Pertanto uno studio condotto sull'intero
DATABASE
(ad es. /home/grassdata) > LOCATION 1
> PERMANENT > MAPSET1
> MAPSET2 > ...
> LOCATION 2
> PERMANENT > MAPSET1
> MAPSET2 > ...
> ...
Ogni volta che viene creata dall’utente una nuova LOCATION, viene creato automaticamente un MAPSET particolare, denominato PERMANENT, che può essere modificato solo dal creatore della LOCATION e contiene diverse informazioni, quali ad es. le coordinate della regione di lavoro e la risoluzione delle carte raster. Gli altri MAPSET della LOCATION sono creati dall’utente/i, in numero illimitato e con qualunque nome. La suddivisione in MAPSET può essere utilizzata per separare i diversi tematismi all'interno di una stessa LOCATION. Nell'esempio precedente, per ogni Regione italiana, definita da una specifica LOCATION, potrebbe risultare utile destinare alle caratteristiche altimetriche, vegetazionali o idrografiche specifici MAPSET. Oppure può essere utilizzato per distinguere l’accesso a diversi utenti, a ciascuno dei quali può essere destinato uno specifico MAPSET.
•• La regione di lavoro
La regione di lavoro (definita region in GRASS) è l’area geografica di forma rettangolare, definita dalle coordinate dei bordi del rettangolo, all’interno della quale hanno effetto le operazioni eseguite tramite i comandi di GRASS durante una sessione di lavoro. La regione che generalmente viene creata in concomitanza con la creazione di una Location, viene assunta come regione di default. E’ tuttavia possibile definire regioni con caratteristiche diverse durante una sessione di GRASS, che possono essere salvate e richiamate in qualunque momento, anche in sessioni di lavoro successive.
•• Modalità di immissione dei comandi
In GRASS esistono diverse modalità di immissione dei comandi, riconducibili sostanzialmente alle due seguenti:
1) In modalità testo, vale a dire senza l’utilizzo di un’interfaccia grafica; ogni comando vene immesso dalla linea di comando (da cui anche il termine Command Line Mode o modalità a Linea di Comando) digitandone il nome seguito dai parametri e dalle opzioni previsti dal comando stesso.
2) Mediante i tasti e i menù funzionali dell’interfaccia grafica denominata wxpython, basata sul linguaggio Python.
Nel presente manuale verrà utilizzata l’interfaccia grafica, sicuramente di più facile utilizzo per gli utenti cui il manuale è destinato. Tuttavia un proficuo utilizzo di GRASS richiede anche la conoscenza della modalità Linea di Comando, che risulta necessaria in determinate applicazioni. Verrà quindi analizzata anche questa modalità, nelle sue diverse varianti, in un'apposita sezione alla fine del manuale.
•• Comandi e documentazione
Nel GRASS Reference Manual (consultabile in linea e direttamente accessibile dall'interfaccia grafica) è
contenuta la descrizione di ciascun comando di GRASS. Il nome di ciascun comando è costituito da un prefisso (uno o due caratteri), che ne definisce la tipologia funzionale, seguito da un punto e da un nome che richiama il tipo di operazione eseguita dal comando, come specificato nella seguente tabella.
Prefisso Funzione Esempio
d. Visualizzazione d.rast Visualizza una carta raster
db. Gestione del database db.tables Lista tutte le tavola di un database g. Operazioni di tipo generale g.list Lista le carte disponibili
i. Elaborazione di immagini i.rectify Rettifica le immagini ps. Creazione di carte in formato
Postscript
ps.map Crea una carta in formato Postscript r. Elaborazione di carte raster r.reclass Modifica le categorie di una carta raster
r3. Elaborazione dati raster 3D (voxel) r3.info Riporta le informazioni relative ad una carta raster 3D
t. Elaborazione di carte temporali t.rename Cambia il nome di un dataset di carte temporali v. Elaborazione di carte vettoriali v.patch Unisce più carte vettoriali
Nel manuale i comandi sono suddivisi per tipologia e per ciascun comando vengono brevemente descritti gli scopi, la sintassi, le modalità di utilizzo, eventualmente accompagnati da note esplicative, esempi ed un elenco dei comandi correlati.
Operazioni di base
• Creazione di una cartella per il salvataggio dei files
Durante le operazioni con GRASS in diverse occasioni vengono creati dei files che devono essere salvati per un successivo utilizzo. Risulta conveniente, anche se non indispensabile, creare un’apposita cartella, a cui può essere attribuito un nome qualsiasi, in una posizione facilmente accessibile all’utente. Per il salvataggio dei files prodotti durante l’esecuzione degli esercizi previsti in questo manuale, si crei una cartella, denominata
GRASSfiles, all’interno del Desktop.
• Avvio di GRASS
Per l’avvio di GRASS si clicchi sull’icona visualizzata nello schermo a seguito dell’installazione di GRASS.
Sullo schermo appare la finestra iniziale di GRASS, che dovrebbe avere il seguente aspetto:
Nella cornice superiore della finestra è riportata la versione di GRASS (GRASS GIS 7.4.0).
All’interno della finestra, nella prima riga è riportato il nome della cartella (o directory), con il relativo percorso (C:\..……....\grassdata), in cui si trovano i dati, vale a dire le tre Location (demolocation, nc_spm_08_grass7 e
Spearfish60_grass7) riportate nella finestra sottostante. Cliccando con il tasto sinistro del mouse sul nome di una Location, questa diventa la Location corrente (sfondo blu) e nella finestra sulla destra vengono elencati i relativi Mapsets. Cliccando ad es. sul nome della Location nc_spm_08_grass7, vengono elencati, oltre al Mapset PERMANENT, che come si è già precisato viene creato automaticamente quando si crea una Location, anche i Mapsts landsat e user1. Cliccando sul nome di un Mapset, questo diventa il Mapset attivo (sfondo blu), ed è l’unico Mapset in cui è possibile eseguire modifiche dei dati esistenti o l’inserimento di nuovi dati durante una sessione di lavoro.
La Location Spearfish60_grass7, oltre a PERMANENT, contiene il Mapset user1.
I Mapset user1 sono privi di contenuti e possono essere utilizzati come Mapset per l’esecuzione degli esercizi.
I tre tasti sulla destra dell’elenco delle Location consentono di creare una nuova Location (New), modificare il nome di una
Location esistente (Rename) o cancellarla (Delete). La creazione di una Location è un’operazione che richiede conoscenze avanzate per cui l’argomento è trattato in dettaglio nell’Appendice A alla fine del manuale.
I tre tasti sulla destra dell’elenco dei Mapset (New, Rename, Delete) consentono rispettivamente di creare, rinominare o cancellare un Mapset. Dal momento che le operazioni sono estremamente semplici, si può procedere alla creazione di un nuovo Mapset all’interno della Location Spearfish60_grass7. Si clicchi pertanto sul nome della Location (che assume lo sfondo blu) e successivamente sul tasto New nella finestra dei Mapset. Nel pannello che viene aperto si digiti il nome esercizi da assegnare al nuovo Mapset (sostituendo il nome eventualmente esistente).
Quindi si clicchi il tasto OK alla base del pannello.
Il nome del Mapset creato viene inserito nell’elenco dei Mapset disponibili (elencati in ordine alfabetico) all’interno della Location corrente Spearfish60_grass7 e viene automaticamente assunto come Mapset corrente (e quindi passibile di modifiche).
Con attivi la Location Spearfish60_grass7 ed il Mapset esercizi, si entri in GRASS cliccando il tasto Start GRASS session nella cornice inferiore.
Nello schermo vengono visualizzate due finestre:
1) Il Layer Manager
•• Il Layer manager
Rappresenta la finestra principale per la gestione delle operazioni in GRASS.
Nell’intestazione è indicata la versione di GRASS utilizzata.
La prima riga riporta la denominazione di nove menù a discesa (File Settings ....), attraverso i quali è possibile accedere a tutti i comandi di GRASS suddivisi in gruppi funzionali. Si provi ad esempio a cliccare su Raster per visualizzarne il contenuto; nel menu che viene aperto sono elencate le funzioni relative all’analisi e alla gestione di carte di tipo raster (si clicchi in qualunque punto al di fuori del menù per chiuderlo).
I 24 tasti riportati nelle due righe sottostanti permettono l’esecuzione diretta di un comando. Posizionando il cursore in corrispondenza di un tasto viene visualizzata una sintetica descrizione della sua funzione.
L’area sottostante (inizialmente vuota) ha diverse funzioni, gestite dalle cinque opzioni riportate nella cornice inferiore (Layers Console ...). Di default è attiva l’opzione Layers che comporta l’elencazione nella finestra degli elementi (carte o comandi) caricati e quindi disponibili per la visualizzazione o l'esecuzione.
In modalità Console, la finestra è suddivisa in due parti. In quella superiore, più estesa, vengono visualizzati i comandi immessi e l’eventuale output previsto dagli stessi comandi. In corrispondenza dell’intestazione Output window il tasto Clear pulisce la finestra, mentre Save permette di salvare in un file quanto visualizzato nella finestra. In corrispondenza dell’intestazione Command prompt, il tasto Log file salva in un file la lista dei comandi eseguiti, mentre Clear pulisce la finestra.
La finestra inferiore, di dimensioni più limitate, è utilizzabile per immettere comandi di GRASS in modalità Linea di Comando, oppure comandi di shell (vale a dire comandi del sistema operativo).
L’opzione Modules elenca, suddivisi in gruppi funzionali, i vari comandi disponibili in GRASS e ne rende possibile l’esecuzione. Rappresenta pertanto un metodo per l’esecuzione dei comandi alternativo a quelli che verranno sperimentati più avanti.
Cliccando sulla crocetta alla sinistra di ogni denominazione viene aperto un ulteriore menu fino ad arrivare ad ogni specifico comando.
Si apra ad es. Raster e nel menu che compare si apra Develop raster map; vengono elencati i comandi relativi all’elaborazione di carte raster.
L’opzione Data elenca le Location disponibili e i relativi Mapset
L’opzione Python attiva il linguaggio di programmazione Python e apre una finestra per l’immissione dei comandi del linguaggio. Ovviamente l’utilizzo della finestra presuppone la conoscenza del linguaggio Python.
•• Il Map Display
E’ la finestra in cui vengono visualizzate le immagini.
Nella cornice superiore è riportato il numero del Map Display (se ne possono aprire contemporaneamente più di uno), il nome della Location e del Mapset attivi.
I tasti della riga sottostante permettono di effettuare operazioni relative alle modalità e alle caratteristiche di
visualizzazione. Anche in questo caso il posizionamento del cursore in corrispondenza di un tasto permette di visualizzare una sintetica descrizione del tipo di operazione assegnata al tasto stesso.
L’area centrale della finestra è destinata alla visualizzazione delle immagini.
Nella cornice inferiore, in posizione centrale, è presente un tasto che permette di visualizzare diversi tipi di informazione o modificare le modalità di rappresentazione. Con l’opzione di default, Coordinates, vengono riportate sulla sinistra della cornice le coordinate del punto in cui è posizionato il cursore all’interno della finestra.
L’opzione sulla destra, Render, quando attivata (come di default) consente di visualizzare automaticamente le immagini inserite nel Layer Manager.
• Chiusura della GUI e uscita da GRASS
Per chiudere l'interfaccia grafica, rimanendo comunque all’interno di GRASS, si clicchi File (all’inizio della riga dei menù a discesa nel LayerManager) e Close GUI (la penultima opzione del menu che viene aperto).
Vengono chiuse le due finestre e il controllo passa al prompt di GRASS nel terminale a caratteri.
Per riaprire l'interfaccia si immetta al prompt di GRASS nel terminale a caratteri il comando:
> g.gui [Invio]
Vengono riaperte le due finestre.
Una delle operazioni più frequenti è ovviamente la chiusura dell’ambiente di GRASS al termine di una sessione di lavoro.
Per sperimentare l’uscita da GRASS, si clicchi File e Quit GRASS GIS (l’ultima opzione del menu).
Quindi si clicchi il tasto Quit GRASS GIS nel pannello di conferma.
• Cambio della Location e del Mapset
Si è visto come la scelta della Location di lavoro e del Mapset corrente possono essere effettuata dalla finestra iniziale di GRASS. La Location e il Mapset possono anche essere cambiati durante una sessione di GRASS. Per sperimentare questa possibilità si entri in GRASS. Si noti che risultano automaticamente selezionati la Location e il Mapset attivi al momento dell’uscita da GRASS, vale a dire la Location Spearfish60_grass7 e il Mapset esercizi. Nel Layer Manager si clicchi l’opzione Settings (la seconda) nella riga dei menu funzionali lungo la cornice superiore. Nel menu a discesa che viene aperto si clicchi l’opzione GRASS working environment (seconda opzione) e nel successivo menu Change location and mapset (quarta opzione).
Nel pannello che viene aperto si selezioni, dall’elenco che viene visualizzato tramite la freccia sulla destra della prima riga, la nuova Location, ad es. nc_spm_08_grass7, e il nuovo mapset, ad es. user1, dall’elenco che viene visualizzato tramite la freccia sulla destra della seconda riga.
Al clic su OK viene emessa una richiesta di conferma.
Con un clic su OK viene effettuata la sostituzione e la nuova Location ed il nuovo Mapset correnti sono riportati lungo la cornice superiore del Map Display.
Tramite la stessa procedura si reimpostino la Location Spearfish60_grass7 ed il Mapset esercizi.
• Visualizzazione di carte raster e vettoriali
Una delle operazioni più comuni in un ambiente GIS è la visualizzazione di una carta raster o vettoriale. Il mezzo più frequentemente utilizzato per la visualizzazione di una carta raster o vettoriale (ma anche di un’immagine o di un grafico), è la finestra grafica o Map Display.
Un Map Display, e più precisamente il Map Display 1, viene aperto automaticamente all’avvio di GRASS, come si è già avuto modo di constatare. Il Map Display può essere ovviamente spostato, trascinando con il mouse il bordo superiore della cornice, oppure ridimensionato, mediante il trascinamento di un bordo o di un vertice.
Per visualizzare una carta nel Map Display è necessario innanzitutto caricarla nel Layer Manager. Per caricare ad es. una carta raster, si clicchi sul tasto (Add raster map layer) nel Layer Manager (sesto tasto della prima riga); viene inserita una riga destinata a contenere il nome della carta raster.
