Tecniche Cartografiche e GIS nelle Applicazioni Ecologiche

L’insegnamento introduce i principi fondamentali della cartografia e dei Geographic Information Systems e il loro utilizzo nell’analisi di problematiche ecologiche e ambientali. Gli argomenti teorici sono sviluppati parallelamente ad attività pratiche svolte prevalentemente mediante il software open-source QGIS.
Fondamenti di GIS e dati spaziali: Concetto di informazione geografica e di dato spaziale. Componenti e funzioni di un GIS. Rappresentazione del mondo reale attraverso modelli spaziali. Dati vettoriali e raster: struttura, caratteristiche, attributi, risoluzione, vantaggi e limitazioni. Fonti dei dati geografici, metadata, geoportali e servizi di dati territoriali.
Cartografia e sistemi di riferimento: Forma della Terra, geoide ed ellissoide di riferimento. Datum geodetici. Coordinate geografiche e cartesiane. Proiezioni cartografiche e relative deformazioni. Sistemi di riferimento geografici e proiettati. Codici EPSG. WGS84 e sistema UTM. Scelta e trasformazione del sistema di riferimento in funzione del problema geografico.
Georeferenziazione e acquisizione dei dati: Acquisizione di dati geografici da differenti sorgenti. Principi della georeferenziazione di mappe e immagini mediante Ground Control Points. Trasformazioni geometriche e valutazione dell’errore di georeferenziazione. Utilizzo di basi cartografiche e servizi web.
Dati vettoriali: Rappresentazione mediante punti, linee e poligoni. Tabelle degli attributi e associazione tra geometria e informazione alfanumerica. Creazione, digitalizzazione ed editing di dati vettoriali. Snapping e principi di topologia. Selezione spaziale e per attributi. Principali operazioni di geoprocessing e analisi vettoriale.
Dati raster e modelli digitali del terreno: Struttura matriciale dei raster, dimensione della cella, risoluzione spaziale, scala e valori NoData. Elaborazione dei dati raster. Digital Elevation Models (DEM), Digital Terrain Models (DTM) e Digital Surface Models (DSM). Elaborazioni derivate da modelli di elevazione e rappresentazione della morfologia del territorio.
Telerilevamento e dati multispettrali. Principi di base del telerilevamento. Radiazione elettromagnetica, riflettanza e firme spettrali. Sensori e bande spettrali. Programma Copernicus e dati Sentinel. Composizioni in colori reali e falsi colori.
Analisi della copertura del suolo e indici spettrali: Corine Land Cover. Elaborazione e rappresentazione dei dati di copertura e uso del suolo. Calcolo e interpretazione di indici ottenuti da dati multispettrali, con particolare riferimento agli indici normalizzati utilizzati per lo studio della vegetazione, dell’acqua, dell’umidità e delle superfici antropizzate.
Classificazione delle immagini: Principi della classificazione delle immagini telerilevate. Definizione delle aree di training, firme spettrali e classificazione supervisionata. Interpretazione e rappresentazione dei risultati.
Attività pratiche e applicazioni: Le attività teoriche sono accompagnate da esercitazioni guidate in QGIS relative alla gestione di dati raster e vettoriali, sistemi di riferimento, georeferenziazione, digitalizzazione, topologia, geoprocessing, elaborazione di DEM, analisi della copertura del suolo, dati satellitari, indici spettrali e classificazione supervisionata. Sono discussi casi di studio riguardanti problematiche ambientali ed ecologiche, quali variazioni di uso e copertura del suolo, deforestazione e altri cambiamenti ambientali. Il percorso si conclude con la realizzazione autonoma di un progetto GIS nel quale lo studente applica in maniera integrata le conoscenze e le procedure acquisite durante il corso.

Non sono richieste conoscenze pregresse di GIS, cartografia o telerilevamento. È richiesta una conoscenza di base dell’uso del computer, comprendente la gestione di file e cartelle e l’utilizzo delle principali funzioni di un sistema operativo (Windows, come fornito dal laboratorio che verrà utilizzato).

Slide del corso

Valerio Noti, "GIS Open Source per geologia e ambiente: analisi e gestione di dati territoriali e ambientali con QGIS". II edizione, Dario Flaccovio Editore

L’insegnamento integra lezioni teoriche ed esercitazioni pratiche al computer. I concetti teorici vengono progressivamente applicati mediante esercitazioni guidate svolte principalmente con il software open-source QGIS, così da consentire allo studente di acquisire parallelamente conoscenze concettuali e competenze operative. Le attività pratiche comprendono la gestione e l’elaborazione di dati raster e vettoriali, l’utilizzo dei sistemi di riferimento, la georeferenziazione, l’editing e il geoprocessing, l’analisi di modelli digitali del terreno, l’elaborazione di dati satellitari, il calcolo di indici spettrali e la classificazione delle immagini. Durante le lezioni gli studenti sono incoraggiati a intervenire con domande e a discutere le scelte metodologiche adottate nelle diverse procedure. Nella parte conclusiva del corso le competenze acquisite vengono integrate nella progettazione e realizzazione autonoma del progetto GIS oggetto della prova finale.

La frequenza è obbligatoria. Per l’ammissione all’esame è richiesta la partecipazione ad almeno il 70% delle attività didattiche previste, secondo quanto stabilito dal Regolamento didattico del Corso di Studio. Le modalità di verifica della frequenza sono comunicate dal docente all’inizio dell’insegnamento.

La valutazione del profitto è articolata in due parti: presentazione e discussione di un progetto GIS sviluppato dallo studente e successivo colloquio orale sui contenuti dell’insegnamento.
Progetto GIS: Lo studente sviluppa autonomamente un progetto nel quale applica in maniera integrata le principali procedure affrontate durante il corso a un caso di studio territoriale, ecologico e ambientale. Il progetto prevede la ricerca e organizzazione dei dati, la loro elaborazione mediante strumenti GIS, la realizzazione di prodotti cartografici e l’interpretazione dei risultati. Il lavoro viene presentato e discusso durante l’esame in un tempo massimo di 15 minuti. Il rispetto dei tempi assegnati concorre alla valutazione della capacità di sintesi e comunicazione. La valutazione del progetto considera la correttezza metodologica delle procedure utilizzate, l’appropriatezza dei dati e delle scelte effettuate, la qualità e correttezza dei prodotti cartografici, la capacità di interpretare criticamente i risultati e la chiarezza della presentazione.
Colloquio orale: Alla presentazione segue un colloquio sugli argomenti teorici e pratici affrontati durante il corso, finalizzato a verificare la conoscenza dei fondamenti della cartografia e dei GIS e la capacità di applicare e collegare tra loro i concetti appresi. Particolare attenzione è rivolta alla capacità di motivare le scelte effettuate all’interno di un flusso di lavoro GIS e di interpretare correttamente dati e risultati. Criteri di valutazione e voto finale. Il voto finale, espresso in trentesimi, deriva dalla valutazione complessiva del progetto e del colloquio orale. Sono considerati la correttezza e completezza delle conoscenze, la padronanza delle procedure GIS, la capacità di applicarle a problemi concreti, l’autonomia nelle scelte metodologiche, la capacità di interpretazione critica dei risultati, la correttezza della rappresentazione cartografica e la chiarezza espositiva. Per conseguire la sufficienza è necessario dimostrare una conoscenza adeguata dei concetti fondamentali e la capacità di applicare correttamente le principali procedure affrontate durante il corso. Valutazioni più elevate richiedono progressivamente maggiore autonomia nella progettazione del flusso di lavoro, capacità di integrare dati e strumenti differenti e capacità di motivare e discutere criticamente le scelte e i risultati ottenuti.