Un sistema informativo geografico (GIS) e' uno strumento computerizzato che permette di posizionare ed analizzare oggetti ed eventi che esistono e si verificano sulla Terra.

La tecnologia GIS integra nelle operazioni standard effettuate sui database più comuni, quali ricerche ed analisi statistiche, le funzionalità proprie dei GIS quali, la memorizzazione e l'immagazzinamento dei dati, la manipolazione e l'analisi degli stessi, la creazione di rappresentazioni di output (carte e tabelle), con i vantaggi specifici della visualizzazione e dell'analisi geografica forniti dalle mappe, la creazione di applicazioni e sistemi informativi caratterizzati da nuove metodologie d'accesso e di analisi dell'informazione, quelle "territoriali".

Tali capacità distinguono i GIS da altri sistemi informativi e ne fanno uno strumento di gran valore rivolto ad un'ampia gamma di utenti pubblici e privati che hanno la necessità di visualizzare e analizzare informazioni, per spiegare eventi, prevedere esiti e risultati, pianificare strategie.

Sovrappopolazione, inquinamento, deforestazione, disastri naturali hanno una dimensione geografica critica, attraverso i GIS è possibile studiare e controllare questi fenomeni in tutta la loro complessità tenendo conto della componente geografica.

Sia si debba localizzare una nuova attività, individuare il suolo migliore per coltivare un elemento specifico, trovare il percorso ottimale per un veicolo d'emergenza, per tutti i problemi che hanno anche una componente geografica il GIS dà la possibilità di creare mappe, integrare informazioni, visualizzare scenari, risolvere problemi complicati, produrre idee potenti ed elaborare soluzioni efficaci che difficilmente senza tale tecnologia potrebbero avere la medesima efficacia.

La realizzazione di mappe e l'analisi geografica non sono attività nuove, ma un GIS realizza questi obiettivi meglio e più velocemente rispetto ai metodi manuali. Inoltre, prima della tecnologia GIS, solo poche persone avevano la formazione necessaria in grado di utilizzare le informazioni geografiche per prendere decisioni e risolvere problemi: oggi molti professionisti di ogni settore diventano sempre più consapevoli dei vantaggi di pensare e lavorare geograficamente.


Componenti di un GIS
Uno strumento GIS operativo integra cinque componenti chiave: hardware, software, dati, utenti e metodi

Hardware

L'hardware e' rappresentato dal computer su cui opera il GIS. Oggi un software GIS è in grado di essere supportato su un'ampia gamma di piattaforme hardware, dal server al desktop usato sia in configurazione stand-alone sia in rete.

Software

Il software fornisce le funzioni e gli strumenti per memorizzare, analizzare e visualizzare informazioni geografiche. Le componenti-chiave del software sono:

• Strumenti per l'inserimento e la manipolazione delle informazioni geografiche
• Sistema per la gestione del database (DBMS)
• Strumenti per la ricerca, l'analisi e la visualizzazione
• Interfaccia grafica di facile accesso agli strumenti

Dati

La componente più importante di un GIS e' costituita dai dati. I dati geografici e le informazioni alfanumeriche a loro associate possono essere acquisiti direttamente dall'utente o acquistati da un fornitore. Un GIS e' in grado di integrare i dati spaziali con altri tipi di sorgenti di dati e può usare un DBMS, comune alla maggior parte delle strutture o società, per organizzare e mantenere i propri dati, perfino per la gestione dei dati spaziali.

Utenti

La tecnologia GIS avrebbe un valore limitato senza le persone che gestiscono il sistema e sviluppano progetti per la risoluzione di problemi del mondo reale. Gli utenti GIS spaziano dagli specialisti tecnici che disegnano e gestiscono il sistema a coloro che lo utilizzano per adempiere al lavoro quotidiano.

Metodi

Uno strumento GIS di successo rende compatibile un progetto ben disegnato con le regole dell'impresa, cioè con i modelli e le procedure operative specifiche di ciascuna organizzazione.

Come lavora un GIS
Il GIS memorizza le informazioni geografiche attraverso strati separati rappresentati sullo schermo geometricamente da punti linee o aree. Per esempio uno strato di punti può rappresentare pozzi, uno strato di linee può rappresentare corsi d'acqua o strade, uno strato di aree può rappresentare aree di uguale uso del suolo, o costruzioni.

Ad ogni elemento geografico corrisponde un attributo o elemento descrittivo che indica cosa rappresenta l'elemento spaziale, e la sua esatta posizione geografica espressa in coordinate.

Tale concetto, semplice ma estremamente potente e versatile, si e' rivelato di incalcolabile valore per la risoluzione di molti problemi del mondo reale, dalla localizzazione dei veicoli di consegna alla memorizzazione dei dettagli dei piani urbanistici, alla modellizzazione della circolazione atmosferica.

Riferimenti geografici

L'informazione geografica contiene un riferimento spaziale esplicito (quale latitudine e longitudine o un sistema di coordinate nazionali) o implicito come un indirizzo, un codice postale, una sezione di censimento, una denominazione stradale. Grazie all'utilizzo di un processo automatico denominato geocoding e' possibile ottenere riferimenti geografici espliciti da riferimenti impliciti, consentendo di localizzare oggetti ed eventi sulla superficie terrestre.

Modello vettoriale e raster

I sistemi informativi territoriali lavorano principalmente con due diversi modelli dati il modello vettoriale ed il modello raster. Nel modello vettoriale, le informazioni su punti, linee e poligoni sono codificate e memorizzate come una collezione di coordinate x, y. La localizzazione di un oggetto puntuale, come un foro di sonda, può essere rappresentata come una singola coppia di coordinate. Oggetti lineari come strade e fiumi possono essere memorizzati come una stringa di coordinate x, y. Gli oggetti poligonali, come zone di vendita o bacini idrici, sono memorizzati come aree omogenee perimetrate.

Il modello vettoriale e' estremamente utile per descrivere fenomeni discreti, ma risulta meno adatto per descrivere fenomeni continui, quali temperatura, precipitazioni, quota, pendenza, cioè fenomeni che rappresentano un'unica grandezza che varia continuamente nello spazio. Il modello raster si e' sviluppato proprio per descrivere tali fenomeni. Un'immagine raster è costituita da un insieme di celle e risulta simile ad una mappa scannerizzata o una foto. Entrambi i modelli per la memorizzazione di dati geografici hanno vantaggi e svantaggi. I moderni strumenti GIS sono in grado di gestire sia il modello dati vettoriale sia il modello dati raster.

Compiti del GIS
L'obiettivo generale dei sistemi informativi geografici e' essenzialmente quello di svolgere cinque compiti

• Inserimento
• Manipolazione
• Gestione
• Ricerca e Analisi
• Visualizzazione

Inserimento

Prima che possano essere utilizzabili in un GIS, i dati geografici devono essere convertiti in un idoneo formato digitale. Il processo di conversione dei dati dalle mappe cartacee ai files e' denominato digitalizzazione.

La moderna tecnologia GIS e' in grado di automatizzare questo processo per grandi progetti utilizzando il sistema della scansione; per attività di minore entità e' possibile ricorrere alla digitalizzazione manuale. Oggi molti tipi di dati geografici sono già disponibili in formato digitale e possono essere acquisiti da fornitori specifici e caricati direttamente nel GIS.

Manipolazione

E' verosimile che i dati richiesti da uno specifico progetto GIS necessitino di essere trasformati o manipolati per renderli compatibili con il sistema. Per esempio, l'informazione geografica e' disponibile a scale differenti (mezzerie stradali dettagliate, limiti censuari con un livello inferiore di dettaglio, delimitazione delle aree postali). Prima che tali informazioni possano essere integrate, devono essere ricondotte ad una medesima scala (livello di dettaglio o accuratezza). Tale trasformazione può essere solo temporanea per scopi di visualizzazione o permanente per eseguire analisi. La tecnologia GIS offre molti strumenti per manipolare i dati spaziali e per eliminare le informazioni non necessarie.

Gestione

Per piccoli progetti GIS può essere sufficiente memorizzare le informazioni geografiche come semplici files. Naturalmente, quando volume dei dati e numero degli utenti aumentano, è preferibile utilizzare un DBMS per memorizzare, organizzare e gestire i dati. Un DBMS non e' altro che un software per la gestione del database. Esistono molti differenti modelli di DBMS, ma nel GIS il più utilizzato e' il modello relazionale, che memorizza i dati come una collezione di tabelle. Campi comuni in differenti tabelle ne consentono il collegamento. Questo modello sorprendentemente semplice e' stato usato ampiamente per la sua flessibilità ed ha trovato un vasto impiego in molte applicazioni GIS e non.

Ricerca ed analisi

Avendo a disposizione un GIS funzionante e contenente informazioni geografiche, e' possibile cominciare a rivolgere al sistema semplici domande quali:

• Chi e' il proprietario della particella d'angolo?
• Qual e' la distanza tra due luoghi?
• Quali sono le zone ad uso industriale?

Oppure si possono eseguire analisi più complesse quali:

• Quali sono i siti idonei per la costruzione di nuove abitazioni?
• Qual e' il tipo di suolo dominante per i querceti?
• Costruendo una nuova autostrada, quali saranno le conseguenze sul traffico?

Il GIS fornisce sia semplici funzionalità di ricerca point-and-click, sia sofisticate analisi per fornire informazioni tempestive a managers ed analisti. La tecnologia GIS dimostra tutte le sue potenzialità quando è utilizzata nell'analisi dei dati geografici allo scopo di creare modelli, individuare tendenze e predisporre scenari "cosa se". I moderni GIS possiedono molti strumenti analitici potenti, ma due sono particolarmente importanti.

Analisi di prossimità

• Quante abitazioni si trovano entro 100 metri dalla conduttura d'acqua?
• Qual e' il numero totale di clienti entro 10 chilometri dal grande magazzino?
• In quale proporzione la coltivazione di erba medica e' entro 500 metri dal pozzo?

Per rispondere a tali richieste, la tecnologia GIS utilizza un processo denominato buffering per determinare la relazione di prossimità tra elementi


Overlay
L'integrazione di livelli di dati differenti richiede un processo denominato overlay. Nel caso più semplice, ci si può limitare ad un'operazione visiva, ma analisi complesse richiedono che due o più livelli siano sovrapposti fisicamente. Tale overlay, o join spaziale, può integrare per esempio i dati su suoli, pendenze e vegetazione, oppure può incrociare la proprietà del terreno con gli accertamenti fiscali.

Visualizzazione

Per molti tipi di operazioni geografiche il risultato finale e' rappresentato nel modo ottimale come mappa o grafico. Le mappe sono molto efficaci per memorizzare e comunicare informazioni geografiche: mentre i cartografi hanno creato mappe per millenni, il GIS fornisce nuovi strumenti per estendere l'arte e la scienza della cartografia. La rappresentazione su mappe può essere integrata con report, viste tridimensionali, immagini fotografiche ed altre rappresentazioni multimediali.

Tecnologie connesse
I GIS sono strettamente connessi a molti altri tipi di sistemi informativi, ma e' la capacità di manipolare ed analizzare dati geografici che distingue la tecnologia GIS. Benché non esistano regole ferree su come classificare i sistemi informativi, la descrizione che segue potrà aiutare a differenziare i GIS da altre tecnologie, quali desktop mapping, computer aided-design (CAD), telerilevamento, DBMS e GPS (global positioning systems), pur essendo spesso il GIS strettamente correlato ed integrato con molte di loro.

Desktop mapping

Un sistema desktop mapping usa le mappe per organizzare i dati ed interagire con l'utente. Il punto focale di tali sistemi e' la creazione della mappa: la mappa e' il database. La maggior parte dei sistemi desktop mapping hanno funzioni molto limitate di gestione dati, analisi spaziale e personalizzazione. I sistemi desktop mapping girano su computer desktop quali PC, Macintosh e piccole workstation UNIX.

CAD

I sistemi CAD si sono sviluppati per creare disegni, progetti architettonici ed infrastrutture. Tale attività richiedeva che componenti con caratteristiche specifiche fossero assemblate per creare l'intera struttura. Tali sistemi prevedono poche regole per specificare come le componenti possono essere assemblate e funzioni analitiche molto limitate. I sistemi CAD sono stati estesi per supportare dati cartografici ma hanno generalmente un'utilità limitata per la gestione e l'analisi di grandi database geografici.

Telerilevamento e GPS

Il telerilevamento e' la scienza che permette di acquisire dati e di eseguire misurazioni della terra utilizzando strumenti quali, sensori, macchine fotografiche posizionate su aerei, ricevitori GPS e altri strumenti. Tali sensori raccolgono dati in forma di immagini e segnali in grado di fornire le capacità specializzate per manipolare, analizzare e visualizzare tutte le informazioni ad esse relative. Mancando di funzioni di gestione ed analisi dei dati geografici, non possono essere considerati dei veri GIS.

DBMS

I DBMS sono specializzati nell'archiviazione e gestione di tutti i tipi di dati, inclusi i dati geografici. I DBMS sono ottimizzati per memorizzare e recuperare informazioni e molti GIS si affidano a loro per tale scopo. Essi non hanno gli strumenti di analisi e visualizzazione tipici del GIS.