I GIS come strumento di ricerca e comunicazione casi studio e potenzialità in ambito storico-archeologico- Francesca Lemmi

Mapping GIS e GPS per lo studio
del territorio
Attività didattiche trasversali per i dottorandi dell’Università di Pisa
aa. 2018-2019
I GIS come strumento di ricerca e comunicazione
del territorio
casi studio e potenzialità in ambito
storico-archeologico Francesca Lemmi

Definizione di GIS
• È un sistema di gestione di un database computerizzato,
progettato per l’acquisizione, l’immagazzinamento,
l’analisi e la visualizzazione di dati spaziali.

I GIS si utilizzano quando le informazioni da gestire ed elaborare hanno
una componente spaziale, cioè le informazioni sono collegate a
coordinate territoriali reali, quindi possono essere usati in diversi
campi, con diversi scopi, per osservare diversi fenomeni:
MILITARE LOCALIZZAZIONELOCALIZZAZIONE
A cosa serve un GIS
MILITARE
AMBIENTALE
URBANISTICO
TURISTICO
ARCHEOLOGICO
SANITARIO
…
LOCALIZZAZIONELOCALIZZAZIONE
DISTRIBUZIONEDISTRIBUZIONE
MONITORAGGIOMONITORAGGIO
PREVISIONEPREVISIONE
CALCOLOCALCOLO
PROGRAMMAZIONEPROGRAMMAZIONE
……
VALANGHEVALANGHE
TERREMOTITERREMOTI
COSTECOSTE
FLORA E FAUNAFLORA E FAUNA
INFRASTRUTTUREINFRASTRUTTURE
BENI CULTURALIBENI CULTURALI
FONTIFONTI
INTERVENTIINTERVENTI
CARTE TEMATICHECARTE TEMATICHE
POPOLAZIONEPOPOLAZIONE
……

Mapping GIS
in ambito storico-archeologico
• Campagne di survey
Differenziare tipologia di ricognizione per
valutare leggibilità e affidabilità
Documentare, non solo la presenza, ma anche
l’assenza di evidenze

Mapping GIS
CASO STUDIO
Campagna di survey
nel territorio di Fosdinovo -
Corso di Archeologia Medievale (UNIPI)

Mapping GIS

Mapping GIS
Ricostruire e comprendere l’evoluzione
diacronica dell’insediamento

Mapping GIS
Ricostruire e comprendere l’evoluzione
diacronica dell’insediamento
NON SEMPLICE VISUALIZZAZIONE
MA POSSIBILI ANALISI SPAZIALI

Mapping GIS
NON SEMPLICE VISUALIZZAZIONE
MA POSSIBILI ANALISI SPAZIALI

Mapping GIS
• Documentazione di scavo
GIS scavo georeferenziato
WebGIS di scavo Badia di Pozzeveri (UNIPI)
WebGIS di scavo Castello di Miranduolo (UNISI)

Mapping GIS
GIS scavo georeferenziato
Utile per precisa collocazione spaziale ma
Utile per precisa collocazione spaziale ma
soprattutto per documentazione archeografica
(sia fotopiani sia fotogrammetria)

Mapping GIS

• Storia degli insediamenti
Incrociare diversi tipi di fonti e trovare una
relazione che permetta di visualizzarle a livello
Mapping GIS
spaziale

Mapping GIS
Incrociare diversi tipi di fonti e trovare una
spaziale
CASO STUDIO
Progetto su studio storico e archeologico
del territorio della
Val di Vara e della Lunigiana -
Corso di Storia degli insediamenti
tardo-antichi e medievali (UNIPI)

Mapping GIS
Dati di
scavo/survey
Documento
storico
è documentato in è documentato in
Unità
topografica
Insediamento
archeologico
Toponimo
identitàidentità Oggetto
Insediamento
storico
Soggetto
è documentato in è documentato in
è di
sta in

GIS in ambito storico-archeologico

Mapping GIS
• Pianificazione e tutela
Censire l’esistente, incrociando diversi tipi di
fonti (storiche, archeologiche, geologiche, ecc.)
Fornire alle PA e agli Enti Locali uno strumento
aggiornato per il governo del territorio, con un
occhio di riguardo per la tutela
CASO STUDIO
Censimento degli edifici storici per nuovo
piano urbanistico -
Comune di Montopoli V/A(PI)

Mapping GIS
Poter fare previsioni su aree interessate da resti
sepolti o evidenze da tutelare
CASO STUDIO
RAPTOR, Ricerca Archivi e Pratiche per
la Tutela Operativa Regionale

Mapping GIS
CASO STUDIO
RAPTOR, Ricerca Archivi e Pratiche per
la Tutela Operativa Regionale
(Ministero e Soprintendenze regionali)

Mapping GIS
CASO STUDIO
MappaGIS
(Università di Pisa e MappaLab)

Mapping GIS
• Archeologia preventiva
VPIA – Verifiche Preventive Interesse
Archeologico

Mapping GIS
• Archeologia preventiva

Contributo del GPS al mapping GIS
• I sistemi GPS mapping possono essere usati per
qualunque applicazione che richieda accuratezza
su tempo, posizione ed altre caratteristiche
informative.
informative.
Utili per migliorare
qualità e precisione dei
dati raccolti, e quindi
delle informazioni
prodotte.

Migliore geolocalizzazione = migliore informazione

• Le registrazioni di posizione e tempo possono
anche essere trasferite a software che sfruttano
tali informazioni per funzioni di modellazione.

• I sistemi GPS mapping sono inoltre utili per il
riferimento al suolo di immagini satellitari, per
la georeferenziazione fotogrammetrica e di
mappe digitali.
mappe digitali.

Tecnologia GPS in breve
• Il Sistema di Posizionamento Globale
(Global Positioning System – GPS)
è un sistema di navigazione basato su satelliti,
gestito dal Dipartimento della Difesa Statunitense.
Il GPS fornisce
informazioni sul
posizionamento
per 24 ore al giorno
in qualunque
condizione climatica su
tutto il globo terrestre.

• Alla base del sistema di funzionamento del GPS
c’è la trilaterazione satellitare
Se è nota la distanza da
1 Satellite:
Mia posizione
ristretta a
superficie sferica
creata da satellite
2 Satelliti:
Mia posizione data
dall’intersezione
di due sfere
3 Satelliti:
Mia posizione
ristretta a
uno di due punti

• Anche se devono essere utilizzati tre satelliti per
calcolare le coordinate di una posizione, un
quarto satellite è necessario per risolvere le
quattro incognite x, y, z e tempo.
quattro incognite x, y, z e tempo.

La precisione della misurazione effettuata dipende
anche da altri fattori, ossia:
• La distanza satellitare – la misura della distanza
da un satellite
• La distanza satellitare –
da un satellite
• L’accuratezza del tempo – perché sono
necessari orologi stabili ed un quarto satellite
• Il posizionamento satellitare – conoscere
dove si trova un satellite nello spazio
• Gli errori di correzione – la correzione per i
ritardi ionosferici e troposferici

Componenti di un sistema GPS
• 4 SATELLITI
• RICEVITORE (per registrare posizioni)
• PALMARE (per controllare ricevitore e per
registrare dati da associare alla posizione)
• SOFTWARE di ACQUISIZIONE E
ELABORAZIONE

DGPS – GPS DIFFERENZIALE
• Per migliorare accuratezza dei dati dovute a
ricevitore, copertura, satelliti, ecc. (da 3 a 5 m)
BASE o MASTER
stazione GPS fissa
su punto noto
(es. geodetico)
ROVER o REMOTO
GPS mobile
che si sposta su
posizioni da acquisire
correzione
differenziale

Surveying Low Cost è possibile?
• Oggi per ottenere un rilievo sul campo dettagliato,
efficace e già georiferito,
finalizzato all’elaborazione dei dati su QGIS o altri
software, si possono utilizzare i nostri dispositivi
mobili, come tablet e smartphone,
mobili, come tablet e smartphone,
installando delle
App e dei software
(anche gratuiti)
per registrare tracce
e posizioni GPS e
altri tipi di dati.

App gratuite scaricabili
• Open GPS Tracker, OSMtracker, MyTrack
per registrare tracce e punti di interesse e alcune
statistiche sul percorso effettuato
• GPSMid: software completo per ogni tipo di
• GPSMid: software completo per ogni tipo di
raccolta dati (anche foto e audio georiferite)
• OruxMaps: per registrare punti, tracce, rotte
con info aggiuntive, gestione overlays e basemap
anche offline, molte funzionalità (quasi troppe!)
• E molti altri…

L’App GPS perfetta
• Offre un’ampia scelta di basemap;
• Permette di gestire mappe offline e di caricare
mappe sul telefonino;
• Permette di registrare dati
spaziali vettoriali, soprattutto punti e linee (ma anche
spaziali vettoriali, soprattutto punti e linee (ma anche
i poligoni non guasterebbe)
• Permette di associare alle entità spaziali registrate delle
informazioni semantiche (es. note ma meglio tabelle di
attributi e foto geolocalizzate)
• Permette di importare ed esportare dati vettoriali nei
formati più diffusi (.shp, .kml, .gpx, .geoJSON, ecc.).

Un approccio Open Source e Low Cost
• Geopaparazzi
(http://www.geopaparazzi.eu),
è un applicativo sviluppato
da HydroloGIS per il rilievo
digitale sul campo,
specificatamente progettato
• QField
(www.qfield.org)
Considerata la versione mobile di
QGIS perché permette di lavorare
su suoi progetti caricati su
Android (vantaggio e limite).
specificatamente progettato
estremamente potente e
versatile. Buona interazione con
gvSIG e QGIS
Disponibile su Sistemi Android.
Android (vantaggio e limite).
Consente editing e creazione di
nuovi layer vettoriali.
Non c’è ancora versione 1.0,
alcuni bug però funziona bene.
.

Geopaparazzi: funzioni
Il progetto nasce come versione leggera del GIS
per tablet BeeGIS e ha le stesse funzioni:
• Acquisire la maggior
quantità di dati Add a
Functions:
Create/Open
quantità di dati
possibili (tracce, punti,
foto, audio, note, ecc.)
• Rendere tali
informazioni fruibili nel
GIS per ulteriori analisi
•Evitare errori dovuti a
trascrizioni e
ridigitalizzazioni
Data
import
Data
export
Play/Stop
tracking Map
Project
details
Add a
note

Geopaparazzi: funzioni
In particolare il software permette:
• Acquisizione di note
testuali (personalizzabili
tipo schedatura),
immagini e audioimmagini e audio
• Acquisizione di tracciati
gps
• Visualizzazione di
diversi tipi di basi e delle
mappe di Openstreetmap
in modalità offline
• Export verso il GIS
Zoom
Center GPS position
Add a note
Mark POI
View point
attributes
Compute
distances

Geopaparazzi: tipi di dati
• Cominciando il rilievo sul campo, oltre alle nostre
note, audio e foto, otterremo alcuni file vettoriali,
con almeno un livello lineare (es. track) e diversi
livelli di punti (es. waypoints, trackpoint, ecc.).
A livello semantico, oltre
A livello semantico, oltre
alle informazioni che
avremo registrato per
ciascuno (es. nome della
località e foto), alcuni
dati saranno aggiunti in
automatico, come l'ora,
le coordinate, la quota e
la data.
Save the
picture
Identifier
Take a
picture

Geopaparazzi: esportazione dati
• Una volta fatto il survey o la campagna di rilievo
si possono esportare i dati raccolti in formato
.kmz o .gpx
.GPX.KMZ
Questo formato esporta solo i
dati GPS ed è quindi composto
dalla traccia del percorso, in
formato lineare e/o puntuale, e
dai punti rilevati come
bookmark lungo il percorso.
Questa estensione può essere
aperta facilmente da QGIS e dal
altri software GIS come gvSIG e
GRASS.
.GPX.KMZ
Questo formato esporta i dati GPS, ma
anche le immagini, i testi e gli audio
presi come note. Questa estensione è
pensata per essere aperta in Google
Earth, dove è possibile vedere tutte le
informazioni contenute incluse le
fotografie, ma può essere aperta
anche da QGIS perdendo però le
informazioni diverse dai dati GPS
(selezionare file .kml).

Esercitazione: GPS e QGIS
• Apriamo QGIS
con un nuovo
progetto
• Impostiamo
• Impostiamo
l’SR WGS84
• Abilitiamo la
riproiezione al
volo
(Progetto>Proprietà del Progetto>SR>Selezionare EPSG 4326>Abilitare la
riproiezione al volo>Apply>OK)

• Essendo ricavati con
il GPS, le tracce e i
waypoints dei nostri
file saranno in
WGS84, per cui se
nel nostro progetto
nel nostro progetto
vogliamo lavorare
con un altro SR è
sempre meglio
abilitare la
riproiezione al volo.
(Progetto>Proprietà del Progetto>SR>Selezionare EPSG 4326>Abilitare la
riproiezione al volo>Aplly>OK)

• Per iniziare va
caricata una
base
cartografica
• Icona
• Icona
aggiungi raster e
si sceglie file
usato per survey
(geoTiff o altro
file
georeferenziato)
(Layer>Aggiungi Layer>Aggiungi Raster>Selezionare file georeferenziato del survey)

• Noi useremo
base
cartografica
di
OpenStreet
OpenStreet
Map
usando Plug-
in
OpenLayers
di QGIS
(Web>OpenLayers Plugin>OpenStreetMap>OpenStreetMap)

• Carichiamo il
file con traccia e
punti
• Icona
aggiungi vettore
e scegliamo file
e scegliamo file
con estensione
.gpx,
selezionando
file che ci
servono da
tabella
(Layer>Aggiungi Layer> Aggiungi Vettore>Sfoglia>Selezionare file .gpx nella cartella
sul desktop> Open)

• Dalla tabella
che si aprirà
selezionare
tracks,
waypoints e
waypoints e
tracks_points,
che QGIS è in
grado di
leggere e
visualizzare
(Layer>Aggiungi Layer> Aggiungi Vettore>Sfoglia>Selezionare file .gpx nella cartella
sul desktop> Open>da tabella selezionare tracks, waypoints e tracks_points>OK)

• Esportiamo i
file .gpx caricati
in .shp
• Tasto dx sul file
nel menù di sx e
Salva con nome
Salva con nome
• Selezioniamo
estensione
ESRI Shapefile,
cartella di
destinazione,
nome e SR
(Tasto dx sul file>Salva con nome> ESRI Shapefile>Sfoglia>Selezionare Cartella
anello_shp da esercitazione PH sul desktop e dare nome> Sistema di Riferimento
EPSG 3003>Barrare aggiungi il file sulla mappa)

Possiamo passare a EPSG 3003, rimuovere file .gpx (Tasto dx sul file> Rimuovi> Ok) e
lavorare sugli shape file creati

Possiamo modificare/pulire il percorso da punti che non servono (Tasto dx su traccia>
Attiva modifiche> Pulsanti per aggiungere, spostare eliminare punti) – Icona

Possiamo modificare la tabella relativa ai punti e alle note che abbiamo preso durante
il survey (Tasto dx su punti> Apri tabella attributi> Attiva modifiche) - Icona

Condivisione e pubblicazione dati
• Esportazione carte e mappe
Apposito editor di stampa presente in QGIS
Interfaccia user
friendlyfriendly
Mappe
personalizzabili con
propri stili
Diversi formati di
esportazione
Buona qualità del
prodotto finale

• Esportazione e visualizzazione web
Diverse soluzioni:
Fare WebGIS (WebApp) dedicata

Diverse soluzioni:
http://lefontiperlastoria.it/

Diverse soluzioni:
Usare piattaforme già esistenti

• Open Street Map (http://www.openstreetmap.org)
È un progetto collaborativo nato nel 2004 allo scopo di creare
mappe a contenuto libero in tutto il mondo.
Tutti possono creare, modificare e correggere le mappe presenti o i
loro elementi, caricando file vettoriali da GPS e sfruttando GeoDB
e basi cartografiche di OSM (server OSM mostra basi presenti su
e basi cartografiche di OSM (server OSM mostra basi presenti su
suo DB tramite browser).
• Open Database License
• Inserire dati reali, attuali e originali
• Vostri dati visibili e condivisi
• Dati utilizzabili liberamente
• Buona interazione con software GIS (plugin)

• Open Street Map (http://www.openstreetmap.org)
È un progetto collaborativo nato nel 2004 allo scopo di creare
mappe a contenuto libero in tutto il mondo.
Tutti possono creare, modificare e correggere le mappe presenti o i
loro elementi, caricando file vettoriali da GPS e sfruttando GeoDB
e basi cartografiche di OSM.
e basi cartografiche di OSM.

Esercitazione: OSM
• Andiamo sul
sito di OSM
per accedere al
servizio
• Registriamo
un account
(se non ne
abbiamo già
uno)
(www.openstreetmap.org>Registrazione>Inserimento propri dati e pw>Click su
link ricevuto via mail>OK)

Esercitazione: OSM
• Cerchiamo
una località
(es. Pisa, Polo
Piagge)
Modifica
• Abilitiamo la
modifica
selezionando
Id editor
online
(NON SALVIAMO LE MODIFICHE, VEDIAMO SOLO COME FUNZIONA)

Esercitazione: OSM
Aggiungere punti, linee, poligoni
Avanti/Indietro
Salva (NON SALVATE)
Aggiungere valori nei
campi dei singoli elementi
Strumenti di navigazione
Mappa navigabile con
elementi modificabili

Esercitazione: OSM
Aula X
(Aggiungete un elemento area con almeno 4 punti, per chiudere figura doppio
click> Riempite i campi sulla sx>NON SALVATE)

Esercitazione: OSM
Aggiungi una nota pubblica
(anche per utenti non autenticati)
Testo della nota Marcatore a cui
si riferisce nota

Esercitazione: OSM
Opzioni di condivisione
Si possono condividere/scaricare: LINK, COORDINATE,
IMMAGINE (.png, .svg, .jpg, .pdf)

• uMap (https://umap.openstreetmap.fr)
È un progetto francese recente (2014) con codice Open
Source che utilizza le basi cartografiche di OSM e permette
di creare mappe, disegnando e aggiungendo vettori,
inserendo finestre pop up con informazioni utili e
inserendo finestre pop up con informazioni utili e
personalizzando la propria interfaccia.
• Open Source
• Licenza WTFPL
• Registrazione non obbligatoria ma
preferibile (anche user OSM)
• Soluzione semplice per fare piccola WebApp
Open da inserire in un sito web

Esercitazione: uMap
• Andiamo sul
sito di uMap
per accedere al
servizio
• Accediamo con• Accediamo con
credenziali
OSM
• Cominciamo a
creare una
mappa
(www.umpa.openstreetmap.fr/it> Accedi/Registrati> Open Street Map>
Accetto> Crea una mappa)

Esercitazione: uMap Strumenti di disegno
(punti, linee, poligoni)
Gestione
(Cerca Pisa, Polo Piagge> Seleziona)
Gestione
mappa e layer
Permessi:
Autore
Chi può vedere
Chi può modificare
Strumenti di
navigazione

Esercitazione: uMap
(Cambia i livelli di sfondo> Openstreetmap >Disegna un poligono> Inserisci
caratteristiche (nome, descrizione: anche immagini, link, altre risorse)

Esercitazione: uMap
(Cambia i permessi e gli editori> Salva)

Esercitazione: uMap
(Includi e condividi questa mappa> Link per includerla in sito web con varie
opzioni: scala, bb, zoom, ecc – Downloading in diversi formati: .geojson, .gpx,. kml)

Esercitazione: uMap
(Importa dati (diversi formati: geojson, sgv, kml, gpx, osm, georss, umap)> Scegli
file> Importa)

Esercitazione: uMap
(Visualizza dati> Menù per interagire con singolo layer: visibile/invisibile, zoom,
modifica, tabella attributi, elimina)

Grazie per l’attenzione
Attività didattiche trasversali per i dottorandi dell’Università di Pisa
aa. 2018-2019
Grazie per l’attenzione
lemmifrancesca@gmail.com

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