Fondamenti sui formati raster

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Sto lavorando ad una applicazione GIS, per cui mi documento sugli aspetti teorici di base dell’applicazione.

Queste informazioni si trovano sul sito di ArcGIS anche se in questo lavoro sto utilizzando principalmente QGIS.

Faccio una breve premessa.

Raster è sinonimo di reticolo: le informazioni di un file raster sono l’unione di una informazione geometrica (coordinate piane bidimensionali) e del valore scalare di una o più grandezze associate al punto geometrico:

(x, y, g_1, g_2, \ldots)

Più specificatamente, nell’ambito GIS, l’informazione geometrica è in realtà un’informazione geografica, una copia di coordinate piane che in genere sono associate alla rappresentazione di una porzione del geoide secondo un determinato sistema di riferimento locale.

C’è infatti il problema matematico di rappresentare localmente le coordinate curve di una sfera su un piano attraverso una mappatura univoca e che deformi il meno possibile. Ci sono molti modi di mappare una superficie sferica su una piana e questi modi prendono il nome di proiezioni. Queste nozioni fanno parte della disciplina della Matematica che sia chiama Geodesia.

Lo standard di riferimento per i file raster utilizzati in cartografia è il GeoTIFF. Nei riferimenti web c’è un link alle specifiche.

I set di dati raster rappresentano le caratteristiche geografiche ottenute dividendo il terreno in celle discrete quadrate o rettangolari disposte su una griglia. Ogni cella ha un valore che viene utilizzato per rappresentare alcune caratteristiche di quella posizione, come la temperatura, l’elevazione o un valore spettrale.

raster dataset diagram
raster 1

I set di dati raster sono comunemente usati per rappresentare e gestire immagini, modelli digitali di elevazione e numerosi altri fenomeni. Spesso i raster vengono utilizzati per rappresentare feature di punti, linee e poligoni. Nell’esempio seguente, puoi vedere come una serie di linee e poligoni (set di dati vettoriali) viene rappresentata come un set di dati raster.

Un diagramma vettoriale rappresentato come un raster
Un diagramma vettoriale rappresentato come un raster

I raster possono essere utilizzati per rappresentare tutte le informazioni geografiche (caratteristiche, immagini e superfici) e dispongono di un ricco set di operatori di geoprocessing analitico. Oltre ad essere un tipo di dati universale per contenere le immagini in GIS, i raster sono anche ampiamente utilizzati per rappresentare le caratteristiche, consentendo a tutti gli oggetti geografici di essere utilizzati nella modellazione e nell’analisi basate su raster.

Raster nel geodatabase

Un raster è un insieme di celle disposte in righe e colonne — una matrice bitmap — ed è un set di dati comunemente usato in GIS. Gli utenti in genere utilizzano molti file raster, tuttavia molti utenti vedono una crescente necessità di gestire i dati raster, insieme alle altre informazioni geografiche, in un DBMS. Il geodatabase fornisce un mezzo molto efficace per la gestione dei dati raster sia nei geodatabase di file che aziendali.

Strategie di gestione raster

Sono importanti due strategie di gestione dei dati per i raster:

  • Approvvigionamento di raster: mettere rapidamente “in gioco” i set di dati raster nel tuo GIS significa che molto probabilmente li utilizzerai così come sono, in genere come una serie di file raster. Può trattarsi di una serie di file indipendenti oppure è possibile utilizzare una tecnologia come l’estensione Image per ArcGIS for Server per gestire e servire questi set di dati esistenti come una raccolta.
  • Raster nel geodatabase: questa strategia è utile quando si desidera gestire i raster, aggiungere comportamenti e controllare lo schema; vuoi gestire un insieme ben definito di set di dati raster come parte del tuo DBMS; necessità di ottenere prestazioni elevate senza perdita di contenuti e informazioni (nessuna compressione); e desideri un’unica architettura dati per la gestione di tutti i tuoi contenuti.

Proprietà geografiche dei dati raster

In genere vengono registrate quattro proprietà geografiche per tutti i set di dati raster. Questi diventano utili per la georeferenziazione e aiutano a spiegare come sono strutturati i file di dati raster. Questo concetto è importante da capire: aiuta a spiegare come vengono archiviati e gestiti i raster nel geodatabase.

I set di dati raster hanno un modo speciale per definire la posizione geografica. Una volta che le celle o i pixel possono essere georeferenziati con precisione, è facile avere un elenco ordinato di tutti i valori delle celle in un raster. Ciò significa che ogni set di dati raster ha in genere

  • un record di intestazione che ne contiene le proprietà geografiche e
  • il corpo del contenuto è semplicemente un elenco ordinato di valori di cella.

Le proprietà geografiche per un raster in genere includono

  • il suo sistema di coordinate
  • Una coordinata di riferimento o una posizione x,y (in genere l’angolo superiore sinistro o inferiore sinistro del raster)
  • le dimensioni della cella
  • Il conteggio di righe e colonne

Queste informazioni possono essere utilizzate per trovare la posizione di una cella specifica. Avendo queste informazioni disponibili, la struttura dei dati raster elenca tutti i valori delle celle in ordine dalla cella in alto a sinistra lungo ogni riga alla cella in basso a destra, come illustrato di seguito.

Diagramma dei valori delle celle
Diagramma dei valori delle celle

La tabella dei blocchi raster nel geodatabase

I dati raster sono in genere di dimensioni molto maggiori rispetto alle funzionalità e richiedono una tabella laterale per l’archiviazione. Ad esempio, una tipica ortoimmagine può avere fino a 6.700 righe per 7.600 colonne (più di 50 milioni di valori di cella).

Per ottenere prestazioni elevate con questi set di dati raster più grandi, un geodatabase raster viene suddiviso in riquadri più piccoli (denominati blocchi) con una dimensione tipica di circa 128 righe per 128 colonne o 256 x 256. Questi blocchi più piccoli vengono quindi tenuti in un lato tabella per ogni raster. Ogni riquadro separato è contenuto in una riga separata in una tabella a blocchi come mostrato di seguito.

Diagramma di visualizzazione della tabella a blocchi
Diagramma di visualizzazione della tabella a blocchi

Questa semplice struttura significa che solo i blocchi per un’estensione devono essere recuperati quando sono necessari, invece dell’intera immagine. Inoltre, i blocchi ricampionati utilizzati per costruire le piramidi raster possono essere archiviati e gestiti nella stessa tabella di blocchi come righe aggiuntive.

Ciò consente di gestire raster di enormi dimensioni in un DBMS; produrre prestazioni molto elevate; e fornire un accesso multiutente e sicuro.

Estensione dei raster

I raster sono molto e sempre più utilizzati nelle applicazioni GIS. Il geodatabase può gestire i raster per molti scopi: come singoli insiemi di dati, raccolte logiche di insiemi di dati e attributi di immagini nelle tabelle.

Una serie di funzionalità del geodatabase consente agli utenti di estendere il modo in cui gestiscono le proprie informazioni raster come segue:

Usa…… se devi…
Set di dati rasterGestire set di dati di immagini molto grandi e continui e raster a mosaico.
diagramma di raster
Set di dati a mosaicoUn mosaico di dati è un modello di dati che è un ibrido di un catalogo raster e un set di dati raster, che rappresenta una vista al volo di un catalogo raster. Consentono di archiviare, gestire, visualizzare ed eseguire query su raccolte di dati di immagini raster.
Set di dati a mosaico
Cataloghi rasterGestire un layer raster affiancato, in cui ogni riquadro è un raster separato.
Schema piastrelle

Gestire qualsiasi serie di raster in un DBMS
Serie di diagrammi raster

Gestire una serie temporale raster.
Diagramma della serie temporale
Colonne di attributi raster nelle tabelleArchivia immagini o documenti scansionati come attributi nelle tabelle.

Raster come diagramma degli attributi

Riferimenti web

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