La guida definitiva al GIS

Se sei qui, è probabile che il termine GIS o webGIS sia comparso durante il tuo lavoro.

Forse la tua organizzazione ha deciso di iniziare a utilizzarli per dare un senso ai propri dati, o magari stai cercando modi per mappare il territorio e quella ricerca ti ha portato al termine “GIS”.

Se la prima cosa che hai fatto quando hai sentito questo termine è stata andare su Wikipedia, ti sarai trovato di fronte a un gergo complesso e persino ad alcuni schemi dall’aspetto spaventoso. Non scoraggiarti: entrare nel mondo del GIS non è così complicato e, dopo aver letto questa guida completa, non solo capirai di cosa si tratta, ma avrai le conoscenze di base e il vocabolario necessari per discutere con sicurezza di GIS e dei suoi strumenti associati.

GIS sta per Sistema Informativo Geografico (Geographical Information System): è uno strumento digitale in grado di organizzare, analizzare e visualizzare dati correlati a una posizione geografica.

In pratica, il GIS permette di vedere dove si trova qualcosa e quali sono le sue diverse caratteristiche. La piattaforma collega e mostra su una mappa interattiva le informazioni spaziali (come latitudine e longitudine, indirizzo o codice postale) e quelle descrittive relative all’oggetto che ci interessa.

Questo può essere di tantissimi tipi diversi: i dati possono riguardare popolazione, edifici, strade, vegetazione, enti, reti elettriche e idriche, ambiente… Se qualcosa occupa uno spazio, allora può essere rappresentata su un GIS.

La risposta breve è: utilizzare i dati spaziali per dare delle risposte.

L’analisi geografica esamina la distribuzione spaziale di terre, persone e risorse, cercando non solo di descrivere ma anche di spiegare e prevedere. Integrando vari set di dati e mostrando la loro interazione è infatti possibile verificare il reale impatto di una decisione sul territorio, identificare sfide e ridurre il rischio di conseguenze indesiderate in un piano d’azione. Inoltre, il GIS favorisce la visualizzazione delle informazioni e la loro comprensione, facilitando il processo decisionale di un gruppo.

I dati di un GIS possono poi essere “interrogati” per rispondere a domande pratiche, come:

Su una mappa GIS potremmo visualizzare e mettere in relazione i siti che producono inquinamento, come le fabbriche, con le aree che ne sono esposte, come i fiumi: una mappa del genere aiuterebbe le persone a determinare dove le risorse idriche sono più a rischio.

La risposta breve è: utilizzare i dati spaziali per dare delle risposte.

Grazie alla sua flessibilità e alla possibilità di essere personalizzato in base ai diversi obiettivi, il GIS è diventato uno strumento utilizzato in un ampio ventaglio di settori.

Ad esempio, il GIS può essere utilizzato da:

• Pubbliche Amministrazioni
• Architetti
• Urbanisti
• Studi professionali
• Aziende di utilities
• Aziende di ingegneria
• Aziende di trasporti
• Aziende di telecomunicazioni

Una semplice mappa stradale può essere facilmente comprensibile anche in formato cartaceo. Ma se oltre alle strade dovessimo indicare edifici, cavi elettrici, reti fognarie, dati sulla vegetazione… la mappa probabilmente diventerà troppo confusionaria per essere utilizzabile.

Il GIS risolve questo problema con la visualizzazione a layer: gli elementi possono essere aggiunti sulla mappa a strati, che possono essere esaminati singolarmente o messi in relazione tra loro.

Il GIS combina cinque componenti principali: hardware, software, dati, persone e metodo.
Queste sono le variabili che permettono di creare uno strumento geografico personalizzato e in grado di raggiungere obiettivi specifici.

In oltre 50 anni, il GIS è passato dall’essere uno strumento rudimentale a una potente piattaforma moderna per visualizzare e comprendere il mondo. Un’evoluzione dove ogni decennio rappresenta un momento chiave:

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GIS e cartografia sono così legati che è quasi impossibile considerare l’uno senza l’altra, e la creazione di mappe è sicuramente l’uso più comune dei sistemi informativi territoriali.

Il GIS nasce proprio dal desiderio di gestire in modo più efficace grandi quantità di dati complessi, che è poi possibile visualizzare su una mappa interattiva suddivisa in livelli digitali sovrapposti.

Sebbene sia possibile tenere traccia di come una risorsa o un territorio è cambiato nel tempo attraverso un foglio di calcolo o un altro flusso di lavoro lineare, questi metodi non sono efficienti.

Il GIS è il modo migliore per verificare visivamente i cambiamenti su aree estese e nei lunghi periodi di tempo. Questo significa, ad esempio, monitorare l’avanzamento dei progetti nel settore edile, seguire l’interazione tra l’attività umana e la natura nella silvicoltura e verificare se delle attività commerciali sono cambiate nella pianificazione urbana.

La pianificazione urbana è il processo di progettazione dell’uso del territorio nelle città e nei comuni. Con la crescita di una città, cresce anche la domanda di infrastrutture: le reti energetiche, i sistemi fognari, le condutture e le strade devono essere pianificate e costruite in modo sostenibile e scalabile.

Gli urbanisti possono usare il GIS per raccogliere tutti i dati sulle infrastrutture su una mappa, attraverso cui seguirne lo sviluppo, monitorare lo stato di salute e creare un piano per il futuro.

In caso di disastri ambientali, i moderni GIS offrono ai soccorritori un modo per visualizzare e condividere rapidamente i dati basati sulla posizione.

Questo vuol dire definire con precisione i confini dell’area colpita, creare un inventario delle proprietà danneggiate o delle persone scomparse, definire le priorità di intervento in base alle zone più colpite e creare più velocemente un piano di risposta.

La visualizzazione delle mappe è solo il punto di partenza: ciò che separa veramente un sistema GIS da una mappa stampata è l’interattività dell’utente. Diamo un’occhiata ad alcuni strumenti e funzioni comuni nella maggior parte dei sistemi GIS, sia sul desktop che sul web.

La cartografia può essere suddivisa in due categorie generali: di riferimento e tematica.

Le mappe di riferimento, come le mappe stradali e topografiche, si concentrano sulla posizione e rappresentano fedelmente le caratteristiche territoriali naturali e artificiali. Le mappe tematiche illustrano le relazioni spaziali e si concentrano, come suggerisce il nome, su un tema particolare. Le tendenze della popolazione, i tassi di malattia e i modelli meteorologici sono spesso rappresentati con mappe tematiche.

La creazione di mappe tematiche è l’ambito in cui il GIS brilla. È assolutamente possibile utilizzare un software GIS per creare ed esaminare una mappa di riferimento, ma questo vorrebbe dire scalfire appena la superficie delle sue potenzialità.

In questo capitolo esamineremo i tipi di mappe GIS più comuni e per cosa possono essere utilizzate.

Il tipo più comune di mappa GIS (e per molti versi il più semplice) è la mappa di categoria, che permette di visualizzare a quale categoria appartiene un luogo. Un esempio è una mappa che mostra i risultati elettorali su base regionale.

Il GIS si basa sui dati per determinare il colore o l’aspetto di ogni elemento sulla mappa. Se in futuro sarà necessario modificare la mappa, basterà cambiare il valore dei dati per fare in modo che la visualizzazione si aggiorni in modo automatico.

Le mappe quantitative, dette anche mappe coropletiche, identificano modelli e tendenze in base alla posizione e vengono utilizzate soprattutto per l’analisi aziendale e la mappatura demografica.

Proprio come per la mappa delle categorie, questa è guidata dai dati e utilizza regole basate su un attributo numerico per classificare ogni caratteristica. In questo caso però la nostra legenda mostrerà una scala di colori, in cui ognuno rappresenta un intervallo numerico.

Ad esempio, in questa mappa demografica i colori più chiari rappresentano una densità inferiore, mentre ogni successiva tonalità più scura rappresenta una densità superiore.

La mappa a bolle funziona esattamente come la mappa quantitativa, ma per visualizzare le variazioni dei valori utilizza bolle di diverse dimensioni anziché i colori.

Le mappe di calore, in modo simile alle mappe di quantità, mostrano la densità relativa un elemento su una determinata area. Tuttavia, mentre le mappe quantitative illustrano le variazioni di densità su confini geografici o politici, le mappe di calore visualizzano i dati su spazi non definiti e rappresentano l’intensità della variazione attraverso il colore.

I modelli meteorologici sono completamente indipendenti dai confini geopolitici, quindi condizioni come i fulmini, le aree di siccità e le grandi tempeste sono spesso visualizzate con mappe di calore.

Le ispezioni di beni fisici spesso avvengono su territori vasti e dispersi, che rendono difficile l’organizzazione dei dati. Prendiamo ad esempio l’ispezione delle condutture dei servizi pubblici: ogni società di servizi è responsabile di un territorio specifico, spesso indicato come un elenco di indirizzi. E ogni indirizzo è associato a più condutture, che richiedono tutte un’ispezione regolare.

Utilizzando il GIS, le società di servizi possono trasformare l’elenco di indirizzi in una mappa di ispezione digitale, a cui aggiungere le informazioni rilevanti (note, video e foto) secondo le necessità. Inoltre, in una mappatura digitale, rispetto a quella cartacea, i dati possono essere esaminati in tempo reale e le informazioni importanti saranno facilmente disponibili per i futuri ispettori.

Le mappe di pericolosità sono utilizzate per evidenziare le aree vulnerabili ai disastri naturali come terremoti, inondazioni e frane.

Se usate correttamente, le mappe di pericolosità possono aiutare i cittadini ed enti a comprendere la portata del potenziale rischio, indicare le aree ad alto rischio e quindi creare piani di risposta ed evacuazione in grado di mitigare i danni.

Le mappe delle risorse presentano molte analogie con le mappe di ispezione. Si tratta semplicemente di una categoria più ampia, che comprende la mappatura e la gestione di terreni, edifici, attrezzature, infrastrutture, reti elettriche e altro ancora.

La differenza fondamentale è che la mappatura delle risorse si concentra sull’estensione del ciclo di vita di un asset, facilitandone la manutenzione e facendo in modo che possa essere utilizzato più a lungo.

Ogni software GIS è diverso, ma tutti tendono a condividere un DNA comune. La maggior parte dei sistemi GIS ha in comune i questi elementi:

1. Legenda
   La legenda è il punto in cui si dà un senso a ciò che si vede sulla mappa. Questa elenca tutti i livelli e mostra anche i simboli e le interruzioni di classe utilizzati nella stilizzazione di ciascun livello.
2. Finestra informativa
   A volte viene visualizzata come popup, altre volte in una barra laterale. La finestra informativa viene utilizzata per visualizzare informazioni supplementari: ad esempio, quando si fa clic su una mappa per identificare un elemento, vengono visualizzati i dati degli attributi relativi ad esso.
3. Barra degli strumenti
   La barra degli strumenti viene visualizzata nella parte superiore o ai lati dell’interfaccia. Nei sistemi GIS desktop queste barre sono ampie e complete, mentre nei sistemi web tendono a essere più piccole e più mirate.

I dati GIS sono ciò che rende una mappa GIS più di una semplice mappa di riferimento. I dati ampliano la ricchezza di una mappa, offrendo all’utente una visione approfondita di un’area o di un progetto.

I dati GIS possono essere di molti tipi, con una notevole variazione in termini di formati, metodi di acquisizione e di utilizzo. Tuttavia, principalmente si possono suddividere in due categorie: vettoriali e raster.

I dati vettoriali sono, essenzialmente, un elenco di coordinate che fornisce istruzioni su come deve essere resa un’immagine.

Il risultato sono le immagini vettoriali, rappresentazioni grafiche ad alta fedeltà di un’immagine o di una forma. Questo significa che le immagini vettoriali sono infinitamente scalabili: possono essere ingrandite o ridotte senza perdita di qualità, rendendole adatte a stampe su larga scala.

Le immagini vettoriali sono costituite da tre componenti fondamentali: punti, linee e poligoni.

A differenza dei dati vettoriali, i dati raster sono basati su una griglia di pixel e le immagini che ne derivano non possono essere ridimensionate all’infinito: ingrandendole troppo diverranno sfocate.

Il vantaggio è che forniscono un livello di dettaglio che non è possibile ottenere con i vettori. Le fotografie digitali ne sono un esempio: forniscono un immenso livello di dettaglio contestuale e rappresentano in modo molto accurato le sfumature di luce e colore.

Ora che abbiamo visto le categorie principali che differenziano i dati GIS, possiamo farci una migliore idea dei formati più importanti.

Lo Shapefile è il formato più comune nei GIS e offre un modo semplice per archiviare e condividere i dati vettoriali.

Il nome Shapefile è un po’ ingannevole, perché il file è composto da diverse parti. Non è importante ricordare cosa c’è in ogni parte di uno Shapefile, ma una breve spiegazione aiuterà a capire meglio come sono strutturati in generale i dati GIS.

Le sue componenti sono:

• Main (SHP)
  Contiene le coordinate delle forme, che descrivono essenzialmente tutte le geometrie di base del file.
• Index (SHX)
  Il file dell’indice spaziale, che aiuta il software GIS a trovare più rapidamente le caratteristiche all’interno del file SHP principale.
• dBase (DBF)
  Contiene tutte le informazioni degli elementi all’interno dei set di dati. È molto simile a un foglio elettronico e può essere aperto anche in Excel.

Esistono oltre 60 tipi di file GIS, ciascuno con caratteristiche e casi d’uso unici. Oltre allo Shapefile, i formati più utilizzati sono:

• GeoJSON
  JSON, o JavaScript Object Notation, è un formato leggero per l’interscambio di dati. È utilizzato principalmente dagli sviluppatori di software per la facilità con cui può essere elaborato dalle applicazioni web.
  Il formato vettoriale GeoJSON è una forma di JSON che contiene anche dati geometrici. Non è utilizzato spesso come formato per la condivisione di dati spaziali tra persone, ma è molto popolare come output per le API (Application Programming Interface).
• GeoTIFF
  Il GeoTIFF è il formato di dati raster più supportato. Il TIFF è un formato di immagine bitmap simile a GIF, PNG o JPEG. Un GeoTIFF è un normale TIFF che contiene anche metadati speciali che ci permettono di sapere dove deve essere posizionato su una mappa.
  Supportati dalla maggior parte delle piattaforme, i file GeoTIFF sono lo standard industriale per le immagini satellitari e altri file di immagine GIS.
• GeoDatabase
  Un file GeoDatabase è una raccolta di file in una cartella su disco che può memorizzare, interrogare e gestire dati spaziali e non.
  Nonostante sia stato inizialmente presentato come standard definitivo per la condivisione dei dati GIS e perfetto sostituto dello Shapefile, rispetto al quale offre diversi vantaggi (come prestazioni più veloci, capacità di trattare i raster e compressione dei dati), non ha mai ottenuto il sostegno popolare che molti si aspettavano. Il motivo principale è la mancanza di supporto tra le piattaforme GIS open source.
• KML
  Il KML (Keyhole Markup Language) è il formato più conosciuto al di fuori degli ambienti GIS professionali, poiché è il formato di file predefinito di Google Earth.
  A differenza degli altri set di dati qui trattati, KML non si limita a memorizzare dati geometrici e attributi, ma contiene anche molte opzioni di configurazione per le mappe di Google Earth. Queste informazioni aggiuntive, tuttavia, rendono KML meno portabile, poiché sono rilevanti solo per Google Earth e non hanno alcun valore per altri sistemi GIS.
• CSV
  CSVè l’acronimo di Comma Separated Value file e, come suggerisce il nome, questo file è formato è costituito da un elenco di valori separati da virgole. Si tratta quindi di un file di testo a cui, quando utilizzato per la mappatura, vengono aggiunte due colonne supplementari per contenere i valori X e Y (latitudine-longitudine).
  Pur non essendo esclusivamente un formato GIS, la sua semplicità e la compatibilità con quasi tutti i software, compresi Excel e Google Docs, lo rende ideale per il trasferimento di dati tra programmi.

A volte si è fortunati e si dispone di tutti i dati necessari per le mappe, ma in altri casi è necessario reperire i dati da una terza fonte. Fortunatamente, la maggior parte dei dati cartografici utili è disponibile online, gratuitamente e senza restrizioni: i dati GIS open source. La cattiva notizia è che non esiste un’unica fonte autorevole di dati cartografici.

Quando si cercano i dati open source è meglio iniziare con Google; l’approccio migliore è quello di cercare il nome del set di dati desiderato seguito dalla parola “Shapefile”. I dati della mappa vengono normalmente forniti sotto forma di zip contenente i vari file dello Shapefile.

Se non si ha fortuna con Google, il passo successivo è quello di essere più diretti. In Nord America e in Europa la maggior parte dei siti web delle amministrazioni nazionali e locali hanno una sezione GIS che contiene dati disponibili per il download.

La maggior parte dei dati disponibili per il download online è utilizzabile senza restrizioni, ma è comunque buona norma citare la fonte quando si utilizzano dati di terzi o chiedere prima il permesso al proprietario dei dati.

Il software GIS perfetto non esiste: sono le sfide che devi affrontare a fare la differenza. Ma, con così tante soluzioni software GIS disponibili sul mercato, come si fa a scegliere quale utilizzare? In questo capitolo troverai le conoscenze di base necessarie per rispondere a questa domanda.

Esistono due categorie fondamentali di software GIS: quelli commerciali e quelli open source. I software commerciali prevedono un pagamento di qualche tipo, sia attraverso un abbonamento che una licenza perpetua una tantum. Un GIS open source invece può essere liberamente utilizzato da chiunque, ma tendenzialmente avrà meno funzionalità di uno commerciale.

Dopo aver fatto questa prima scelta, bisognerà considerare dove, come e da chi verrà utilizzata la piattaforma. Le risposte a queste domande aiuteranno a determinare il tipo di software più adatto tra le tre tipologie principali: desktop, online o mobile.

Questo software GIS viene installato direttamente su un computer desktop o portatile. Il programma potrà essere utilizzato solo su quel computer e tutti i dati vengono memorizzati su un disco rigido locale.

In termini di funzionalità, il GIS desktop tende a essere il più completo. Per le organizzazioni che effettuano ricerche geo-scientifiche, analisi spaziali complesse e rendering 3D, queste piattaforme rappresentano un’opzione interessante.

Il GIS web, o webGIS, sono eseguiti su server cloud, eliminando la necessità di installazione e di archiviazione locale dei dati. Questo offre agli utenti non esperti la possibilità di interagire facilmente con le visualizzazioni delle mappe, effettuare aggiornamenti in tempo reale e rispondere alle proprie domande senza dover coinvolgere un team GIS, da qualsiasi luogo e in qualsiasi momento, utilizzando un dispositivo accessibile via web.

La maggior parte delle piattaforme GIS online funziona con pagamento a base mensile o annuale. Ciò è in contrasto con le piattaforme desktop, che sono più costose all’inizio, ma richiedono solo un pagamento una tantum.

Il GIS mobile è, per molti versi, una sottocategoria del webGIS. La maggior parte dei dispositivi mobili non ha la potenza di elaborazione necessaria per eseguire un software GIS in locale e quindi si affida ad applicazioni mobili basate su cloud.

Alcuni software GIS offrono la funzionalità mobile come caratteristica integrata, mentre altri richiedono l’acquisto di un programma separato.

Adesso che conosci le caratteristiche principali che differenziano un GIS da un altro, diamo uno sguardo alle piattaforme commerciali e open source più diffuse.

Come nel caso di strumenti come Excel o Photoshop, alcuni utenti potrebbero essere in grado di capire le basi abbastanza rapidamente, ma diventare un vero esperto da autodidatta è un processo che può rivelarsi più complesso del previsto, portandoci via parecchio tempo e senza la garanzia di riuscire ad utilizzare la piattaforma per quello che ci serve.

L’approccio migliore per utilizzare un software GIS è il make or buy: dotarsi delle competenze necessarie attraverso un corso specializzato o affidare il progetto a dei professionisti esterni.

Seguire un corso dedicato al GIS, e soprattutto al software che abbiamo scelto, è il modo migliore per specializzarsi sull’argomento o formare un team GIS all’interno della propria organizzazione.

Un corso di formazione on the job, inoltre, permetterà di imparare ad utilizzare la piattaforma in meno tempo, direttamente sul posto di lavoro e occupandosi dei progetti realmente affrontati.

La formazione di uno specialista richiede tempo che, spesso, l’urgenza di un progetto non può concedere. In questi casi, ci si affida a degli studi specializzati in grado seguire il progetto e sviluppare mappe su misura in base ai tuoi obiettivi. Questa rimane una delle scelte più utilizzate dalle aziende, soprattutto quando non è presente un team GIS al loro interno.

Vertical è uno studio specializzato nella progettazione GIS che, oltre alle competenze e all’esperienza maturata in diversi contesti di business, ti dà la possibilità di sviluppare gli strumenti necessari al tuo specifico progetto.