GIS

GIS

(Geographical Information System)

I sistemi informativi geografici nascono negli anni Sessanta dall'evoluzione dei software di gestione dati, conosciuti con l'acronimo MIS (Management Information System), finalizzati alle attività di decision making. L'espressione Geographical Information System appare alla fine di quel decennio per indicare quei programmi informatici in grado di georeferenziare le informazioni (cioè associare stabilmente i fenomeni alle coordinate geografiche) e quindi fornire risposte a problemi territoriali. Il GIS commissionato nel 1968 dal governo canadese per la descrizione dell'uso del suolo e quello del Bureau of the Census degli Stati Uniti per la riorganizzazione della base territoriale del censimento 1970 vanno ricordati tra le prime applicazioni di grande rilievo.

Da quel momento, e soprattutto negli anni Ottanta, l'offerta di GIS sul mercato dell'informatica è aumentata rapidamente tanto che oggi si possono contare alcune centinaia di prodotti software di questo tipo con caratteristiche e funzioni diverse; e il crescente interesse per i GIS è evidenziato dal moltiplicarsi di riviste specializzate e di convegni che si occupano dell'evoluzione dei sistemi informativi geografici e segnalano l'installazione di applicativi in tutto il mondo.

Molte discipline concorrono allo sviluppo dei sistemi informativi geografici e questi, a loro volta, vengono utilizzati in molti settori della ricerca applicata, nelle amministrazioni civili e militari e nelle imprese. La vastità e l'eterogeneità degli interessi scientifici e operativi che convergono su di essi rendono particolarmente difficile una loro definizione. Si può dire, tuttavia, che i GIS sono sistemi hardware-software finalizzati all'acquisizione, gestione, elaborazione, analisi, modellizzazione e rappresentazione di data-base (banche dati) i cui elementi possiedono una posizione geografica. Oltre al posizionamento geografico degli oggetti, il data-base contiene anche attributi e informazioni che, in relazione al tipo di utilizzazione, servono a distinguere tra loro gli oggetti e a metterne in evidenza le relazioni al fine di risolvere problemi di gestione e pianificazione territoriale.

Il GIS è dunque, in sostanza, un programma informatico in grado di trattare e gestire dati associati a una base cartografica: le banche dati demografiche, per es., possono essere associate alle mappe dei quartieri delle città o dei singoli edifici residenziali, i dati censuari alle cartografie delle unità territoriali statistiche (sezioni di censimento, comuni, province, regioni).

Diversamente dai programmi di disegno assistito da calcolatore o dai modelli di cartografia numerica, i GIS dispongono di specifici strumenti di analisi quali la ricerca di elementi distribuiti nel territorio e la loro selezione per attributi (per es.: la selezione di tutte le strade di un ambito territoriale con flussi di traffico determinato o di tutte le sezioni di censimento di un'area urbana con densità di popolazione superiore a un numero prefissato di abitanti per unità di superficie ecc.), la rappresentazione di aree d'influenza, la scomposizione delle immagini in livelli (layers o themes, come le curve di livello, il reticolo idrografico ecc.) e la loro sovrapposizione (map overlay), la generazione di modelli digitali del terreno, la scelta della modalità di rappresentazione mediante il cambio di scala o di proiezione.

Per queste loro caratteristiche e per le estensioni e personalizzazioni che si possono ottenere, i GIS vengono utilizzati in numerosi campi applicativi tra i quali possono essere citati quelli relativi alla progettazione urbanistica e regionale, allo studio, catalogazione e gestione dei beni culturali, all'organizzazione delle risorse agricole, alla gestione dei beni demaniali e del catasto, alla protezione civile, al monitoraggio ambientale, alle analisi socioeconomiche, alla gestione e progettazione di reti di distribuzione e trasporto (acquedotti, oleodotti, gasdotti, elettrodotti) e di telecomunicazioni, all'organizzazione sul territorio di operazioni militari e di polizia.

Esistono in commercio GIS capaci di gestire una limitata quantità di dati con un ristretto numero di funzioni e GIS di alto profilo in grado di organizzare grandi banche dati. Questi ultimi offrono a costi relativamente elevati - in termini di quantità e qualità delle informazioni, di hardware e di software, di mesi-uomo per l'apprendimento dei programmi - grandi potenzialità sia nell'archiviazione dei dati sia nella loro gestione che diventa sempre più complessa.

Alcuni grandi produttori offrono, con modalità client-server, banche dati associabili ad applicazioni di GIS che consentono di gestire dati geografici, di diffonderli attraverso reti locali, di effettuare sofisticate analisi spaziali e di inserire le funzionalità di interrogazione e di analisi all'interno di qualsiasi applicazione. Queste banche dati spaziali possono gestire con sistemi relazionali attributi di milioni di oggetti geografici, quali per es. tutte le strade degli Stati Uniti, tutte le particelle catastali d'Italia, tutti gli uffici dei clienti di una compagnia di carte di credito o tutti i mezzi di trasporto di una grande compagnia petrolifera; il tutto in un unico data-base continuo ad accesso multiutente.

Modelli di gestione relazionali mettono in opera, mediante l'interrogazione, relazioni spaziali di adiacenza, di contiguità, di inclusione che attraverso una serie di operazioni permettono di pervenire a forme di ragionamento spaziale riguardanti in particolare la selezione di oggetti con precisi profili tematici e alcune forme di simulazione. La loro potenza è legata soprattutto all'affinamento dei data models spaziali della computer science. Un GIS complesso associa una descrizione topologica - e non solamente geometrica - degli oggetti cartografati a un sistema di gestione relazionale dei descrittori, permettendo di effettuare relazioni logiche e topologiche. Sono strumenti adatti a trattare l'informazione e a produrre significati.

Ma soltanto le applicazioni tematiche più esigenti in termini di massa di dati e di possibilità operative necessitano del ricorso a tali sistemi complessi di analisi. Un GIS, infatti, non è necessariamente un software complesso che debba funzionare in un ambiente informatico pesante, in cui alle difficoltà di analizzare e di organizzare l'informazione si aggiunge quella di apprendere il funzionamento del programma. Per la ricerca tematica, così come per alcune applicazioni professionali, esiste una vasta gamma di prodotti con prezzi e caratteristiche a misura della massa di dati da gestire e della complessità dei trattamenti da applicare.

Un GIS di profilo medio-basso si basa su una modellizzazione dell'informazione relativamente elementare, offre un insieme ristretto di operazioni e gestisce una quantità limitata di dati. Sistemi di questo tipo generalmente associano un semplice gestore di dati a un modulo cartografico e si basano unicamente su una modellizzazione geometrica degli oggetti grafici. In tali sistemi informativi la grossolanità del software può essere in parte compensata, mediante l'interattività utilizzatore-computer, dalle intuizioni dell'utilizzatore e dalla velocità di apprendimento del programma. Questi strumenti vengono utilizzati dagli utenti dell'informatica personal computer. Sono diffusi presso le collettività e nei centri di ricerca, in modo isolato o connessi tra loro mediante reti locali o ancora in collegamento con i sistemi di gestione di data-base spaziali su grandi sistemi.

Oltre che per la qualità delle funzioni e per la dimensione della massa dei dati da elaborare, i GIS possono essere distinti in base al tipo di rappresentazione digitale del campo geografico. Esistono infatti GIS che operano con formati di diversa concezione: raster o vettoriale. Il primo formato ha una struttura a celle elementari (pixel) ed è utilizzato per la gestione di immagini (fotografie da aereo o immagini satellitari) che vengono acquisite punto per punto, mediante scanner. I GIS in formato vettoriale rappresentano i campi attraverso punti, linee, superfici che definiscono gli oggetti cui vengono associati gli attributi. Il formato vettoriale è utilizzato per la gestione delle cartografie che vengono acquisite per vettori, generalmente mediante una tavola digitalizzatrice. Tale formato è più integrato del precedente con i processi di risposta alle interrogazioni, come testimonia la disponibilità di operatori propriamente cartografici come, per es., la scomposizione delle rappresentazioni in strati.

Nei GIS il riferimento al territorio, e quindi alla carta che lo rappresenta, costituisce l'elemento fondamentale per l'associazione delle diverse informazioni spaziali e per la loro restituzione. Tuttavia, per motivi di natura diversa (simbologia fuori scala, problemi di aggiornamento ecc.), la carta può presentare imprecisioni o non contenere tutte le informazioni necessarie per poter impostare e risolvere problemi di carattere territoriale. Le fotografie aeree o le immagini da satellite, come base per rappresentare le informazioni spaziali, costituiscono in questi casi un'alternativa di grande utilità dato che l'immagine contiene più informazioni di quante non ne disponga una rappresentazione simbolica - com'è la carta - e può essere più facilmente aggiornata. Per soddisfare queste esigenze si è verificata una evoluzione dei GIS verso alternative che hanno come riferimento l'uso di immagini del territorio (GIS image based).

Le soluzioni più efficaci, rese possibili dai progressi tecnologici, sono offerte da quei GIS che consentono l'integrazione dell'immagine (raster) con la carta (vettoriale): l'ortofoto è archiviata in formato raster e può essere sovrapposta a una cartografia vettoriale, composta da punti, linee e poligoni, che permette di utilizzare gli operatori cartografici.

La realizzazione di GIS image based, che associano entrambi i tipi di rappresentazione digitale del campo geografico, è diventata possibile con l'espansione della memoria di massa dei computer commerciali, anche di tipo personal, condizione necessaria per l'archiviazione delle immagini raster. Per l'utilizzazione di tale formato - che necessita di maggiore memoria di quanta non ne richieda quello vettoriale - risulta di grande utilità la possibilità di servirsi di algoritmi di compressione per ridurre la dimensione delle immagini e per utilizzare al massimo gli spazi di memoria. La compressione, oltre che permettere l'archiviazione di grandi magazzini di immagini e abbreviare i tempi di presentazione delle stesse, assicura una maggiore velocità di trasferimento in rete evitando fastidiosi ingorghi.

Lo sviluppo dei GIS procede velocemente, di pari passo con lo sviluppo dello hardware. E infatti ogni innovazione nel campo dei GIS è stata preceduta, talvolta sollecitata, dall'immissione nel mercato di una nuova generazione di elaboratori. I sistemi informativi hanno poi subito significative trasformazioni anche in seguito alle nuove realizzazioni nel settore dei sistemi operativi, dei data-base relazionali, dei software di gestione delle reti.

Il proliferare di GIS di fascia bassa, sviluppati espressamente per ambienti PC o derivati dalla riduzione di software per elaboratori di fascia alta, è stato conseguente all'evoluzione del personal computer che è stata orientata, per le esigenze del mercato, al potenziamento delle capacità di elaborazione e di memoria e alla standardizzazione dell'interfaccia grafica.

I nuovi GIS seguono l'innovazione tecnologica unificando il linguaggio di comunicazione tra utenza ed elaboratore, semplificando le modalità di collegamento in rete telematica tra sistemi, e facilitando l'integrazione di software applicativi. I produttori del ramo offrono GIS in grado di soddisfare l'esigenza di ogni tipo di utenza, dal grande sistema informativo all'interfaccia di consultazione e propongono soluzioni in cui si può operare sia su dati utilizzati dal solo utente finale, sia su dati accessibili simultaneamente a diversi utenti. Su Internet è possibile navigare interattivamente sulle mappe di GIS, in gran parte residenti in siti statunitensi.

Le principali caratteristiche che i nuovi prodotti possiedono sono l'estrema facilità d'uso, la possibilità di leggere contestualmente vari tipi di formati di dati grafici, il collegamento con dati alfanumerici in data-base relazionali esterni, la possibilità di programmazione dell'interfaccia. In particolare nei nuovi prodotti vengono apprezzate: la modularità e l'integrabilità del software e la sua programmabilità; la flessibilità del modello dei dati; la gestione perfettamente integrata dei dati; la possibilità di aggancio con software per la gestione di data-base relazionali; l'ampia possibilità di accesso alle banche dati in rete telematica.

Molte discipline utilizzano i sistemi informativi geografici concorrendo al loro sviluppo, ma non vi è dubbio che i GIS abbiano un rapporto privilegiato con la geografia. E sono proprio i cultori di questa disciplina che si interrogano sull'apporto scientifico di questa nuova metodologia, avvertendo il rischio della semplificazione del mondo reale mediante modelli e rappresentazioni virtuali. Non pochi geografi, specialmente negli ambienti scientifici anglosassoni, sono pronti a trasferire i loro interessi scientifici nel quadro metodologico della computer science con la speranza di pervenire a risultati più validi, in modo particolare nel campo della geografia applicata. Altri non risparmiano critiche ai GIS che introdurrebbero a una sorta di geografia automatizzata, troppo avida di modelli e di artifici tecnologici, più analitica che sintetica, che approda a conclusioni slegate dalla realtà storica e per questo artificiose.

Pur convenendo che la rappresentazione dei fenomeni spaziali non sostituisce la complessità del mondo reale, la necessità, o anche soltanto l'utilità, del GIS in materia di ricerca geografica appare direttamente collegata all'importanza che il ricercatore accorda al trattamento, alla rappresentazione, alla comunicazione dell'informazione spaziale intesa come mezzo euristico di scoperta, convalida e diffusione.

Si è forse troppo insistito sui GIS come strumenti per la soluzione di problemi, reali o non. Si rafforza invece l'idea che essi costituiscano una base sulla quale è possibile innestare tecnologie informatiche diverse. Questa 'collaborazione' tra software è attualmente un campo di ricerche di grande interesse per gli informatici. Ed è sempre più diffusa la produzione di sistemi specializzati e personalizzati, a misura degli obiettivi che si intendono raggiungere, a partire da una piattaforma generale comune.

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Si vedano anche le riviste IJGIS. International Journal of Geographical Information Systems, dal 1987 e MondoGIS. Il mondo dei sistemi informativi geografici, dal 1996.