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10. Analisi spaziale vettoriale (Buffer)

	Obiettivi	Comprensione dell’uso del buffer nell’analisi spaziale vettoriale.
	Parole chiave	Vettore, zona buffer, analisi spaziale, distanza del buffer, dissolvenza dei confini, buffer esterno e interno, buffer multiplo

10.1. Panoramica

L”analisi spaziale utilizza le informazioni spaziali per estrarre nuovi e ulteriori significati dai dati GIS. Solitamente l’analisi spaziale viene eseguita utilizzando un’applicazione GIS. Le applicazioni GIS normalmente dispongono di strumenti di analisi spaziale per le statistiche sulle geometrie caratteristiche (ad esempio quanti vertici compongono questa polilinea?) o geoprocessing come il buffering sulla geometria. I tipi di analisi spaziali che vengono utilizzati variano in base alle aree tematiche. Le persone che lavorano nella gestione e ricerca idrica (idrologia) saranno molto probabilmente interessate ad analizzare il terreno e modellare la portata dell’acqua mentre scorre lungo l’alveo. Nella gestione della fauna selvatica gli utenti sono interessati alle funzioni analitiche che trattano le posizioni dei punti della fauna selvatica e il loro rapporto con l’ambiente. In questo argomento discuteremo del buffering come esempio di un’utile analisi spaziale che può essere eseguita con i dati vettoriali.

10.2. Il buffer in dettaglio

Il Buffering di solito crea due aree: un’area che è entro una specificata distanza per le geometrie del mondo reale selezionate e l’altra area che è oltre. L’area che si trova all’interno della distanza specificata è chiamata zona buffer.

Una zona buffer è un’area che serve allo scopo di mantenere le geometrie del mondo reale distanti l’una dall’altra. Le zone cuscinetto sono spesso istituite per proteggere l’ambiente, proteggere le zone residenziali e commerciali da incidenti industriali o calamità naturali o per prevenire la violenza. I tipi comuni di zone cuscinetto possono essere zone verdi tra aree residenziali e commerciali, zone di confine tra paesi (vedi Fig. 10.7), zone di protezione dal rumore intorno agli aeroporti o zone di protezione contro l’inquinamento lungo i fiumi.

Fig. 10.7 Il confine tra gli Stati Uniti d’America e il Messico è separato da una fascia buffer. (Foto scattata da SGT Jim Greenhill 2006).

In un’applicazione GIS, le zone buffer sono sempre rappresentate come poligoni vettoriali che racchiudono altri elementi poligonali, linee o punti (vedi Fig. 10.8, Fig. 10.9, Fig. 10.10).

Fig. 10.8 Una zona buffer attorno a vettori puntuali.

Fig. 10.9 Una zona buffer attorno a vettori di polilinee.

Fig. 10.10 Una zona di buffer attorno ai poligoni vettoriali.

10.3. Varianti nel buffering

Esistono diverse varianti nel buffering. La distanza del buffer o la dimensione del buffer può variare in base ai valori numerici presenti nella tabella degli attributi del layer vettoriale per ogni geometria. I valori numerici devono essere definiti in unità di mappa secondo il sistema di riferimento di coordinate (SR) utilizzato con i dati. Ad esempio, la larghezza di una zona buffer lungo le rive di un fiume può variare a seconda della modalità di uso del terreno adiacente. Per la coltivazione intensiva, la distanza del buffer può essere maggiore di quella per l’agricoltura biologica (vedi figura Fig. 10.11 e tabella table_buffer_attributes).

Fig. 10.11 Buffer sui fiumi con diverse distanze di rispetto.

Fiume	Uso terreno adiacente	Distanza Buffer (metri)
Breede River	Coltivazione intensiva di vegetali	100
Komati	Coltivazione intensiva di cotone	150
Oranje	Coltivazione biologica	50
Telle river	Coltivazione biologica	50

Buffer e tabella degli attributi: tabella degli attributi con diverse distanze di buffer per i fiumi in base alle informazioni sull’uso del terreno adiacente.

I buffer intorno alle polilinee, come fiumi o strade, non devono necessariamente trovarsi su entrambi i lati delle linee. Possono trovarsi sul lato sinistro o sul lato destro dell’elemento lineare. In questi casi, il lato sinistro o destro è determinato dalla direzione dal punto di partenza al punto di arrivo della linea durante la digitalizzazione.

10.3.1. Più zone di buffer

Una geometria può anche avere più di una zona di buffer. Una centrale nucleare può avere distanze di rispetto di 10, 15, 25 e 30 km, formando così più zone ad anello attorno alla pianta come parte di un piano di evacuazione (vedi Fig. 10.12).

Fig. 10.12 Buffering di una geometria punto con distanze di 10, 15, 25 e 30 km.

10.3.2. Buffering con confini intatti o dissolti

Le zone buffer hanno spesso confini dissolti in modo che non vi siano aree sovrapposte tra le zone buffer. In alcuni casi, tuttavia, può anche essere utile che i limiti delle zone buffer rimangano intatti, in modo che ciascuna zona buffer sia un poligono separato e sia possibile identificare le aree sovrapposte (vedi figura Fig. 10.13).

Fig. 10.13 Zone buffer con confini dissolti (a sinistra) e con confini integri (a destra) che mostrano le aree sovrapposte.

10.3.3. Buffering verso l’esterno e verso l’interno.

Le zone buffer intorno ai poligoni sono solitamente estese verso l’esterno del confine del poligono, ma è anche possibile creare una zona buffer verso l’interno del confine del poligono. Supponiamo, ad esempio, che il Dipartimento del Turismo voglia progettare una nuova strada intorno a Robben Island e che le leggi ambientali richiedano che la strada si trovi ad almeno 200 metri dalla costa. Si potrebbe usare un buffer verso l’interno per trovare la linea dei 200 metri nell’entroterra e poi pianificare la strada in modo che non vada oltre quella linea.

10.4. Problemi comuni/cose di cui essere consapevoli

La maggior parte delle applicazioni GIS offre la creazione del buffer come strumento di analisi, ma le opzioni per la creazione dei buffer possono variare. Ad esempio, non tutte le applicazioni GIS consentono di eseguire il buffer sul lato sinistro o sul lato destro di una geometria linea, per dissolvere i limiti delle zone di buffer o per eseguire il buffer verso l’interno da un bordo del poligono.

Una distanza di buffer deve sempre essere definita come un numero intero (numero intero) o un numero decimale (valore in virgola mobile). Questo valore è definito in unità di mappa (metri, piedi, gradi decimali) in base al sistema di riferimento di coordinate (SR) del layer vettoriale.

10.5. Altri strumenti di analisi spaziale

Il buffering è uno strumento di analisi spaziale importante e spesso utilizzato, ma ce ne sono molti altri che possono essere utilizzati in un GIS ed esplorati dall’utente.

L”Overlay spaziale è un processo che consente di identificare le relazioni tra due geometrie poligonali che condividono tutta o parte della stessa area. Il layer vettoriale di output è una combinazione delle informazioni delle geometrie di input (vedi Fig. 10.14).

Fig. 10.14 Sovrapposizione spaziale con due layer vettoriali in ingesso (a_input = rettangolo, b_input = cerchio). Il layer vettoriale risultante è visualizzato in verde.

Esempi tipici di overlay spaziale sono:

• Intersezione: il layer di output contiene tutte le aree in cui entrambi i layer si sovrappongono (intersecano).

• Unione: il layer di output contiene tutte le aree dei due layer di input combinati.

• Differenza simmetrica: il layer di output contiene tutte le aree dei layer di input ad eccezione di quelle in cui i due layer si sovrappongono (intersecano).

• Differenza: il layer di output contiene tutte le aree del primo layer di input che non si sovrappongono (intersecano) con il secondo layer di input.

10.6. Cosa abbiamo imparato?

Riassumiamo il contenuto di questi appunti:

• Le zone buffer descrivono le aree attorno alle geometrie del mondo reale.

• Le zone buffer sono sempre poligoni vettoriali.

• Una geometria può avere zone buffer multiple.

• La dimensione di una zona buffer è definita da una distanza di buffer.

• Una distanza di buffer deve essere un numero intero o a virgola mobile.

• Una distanza di buffer può essere diversa per ciascuna geometria all’interno di un layer vettoriale.

• I poligoni possono avere buffer verso l’interno o verso l’esterno dal confine del poligono.

• Le zone buffer possono essere create con confini intatti o dissolti.

• Oltre al buffering, un GIS di solito fornisce una varietà di strumenti di analisi vettoriale per risolvere problemi spaziali.

10.7. Adesso prova tu!

Di seguito alcune idee da provare con le vostre nuove conoscenze:

• A causa del notevole aumento del traffico, gli urbanisti vogliono allargare la strada principale e aggiungere una seconda corsia. Crea un buffer attorno alla strada per trovare le proprietà che rientrano nella zona buffer (vedi Fig. 10.15).

• Per il controllo dei gruppi di protesta, la polizia vuole stabilire una zona franca per mantenere i manifestanti ad almeno 100 metri da un edificio. Crea un buffer attorno a un edificio e coloralo in modo che i pianificatori di eventi possano vedere dove si trova l’area del buffer.

• Una fabbrica di camion prevede di espandersi. I criteri di ubicazione stabiliscono che un sito potenziale deve trovarsi entro 1 km da una strada a traffico elevato. Creare un buffer lungo una strada principale in modo da poter vedere dove sono i potenziali siti.

• Immagina che la città voglia introdurre una legge che stabilisca che nessun negozio di bottiglie possa trovarsi all’interno di una zona buffer di 1000 metri di una scuola o di una chiesa. Crea un buffer di 1 km intorno alla tua scuola e poi vai a vedere se ci sono negozi di bottiglie troppo vicini alla tua scuola.

Fig. 10.15 Zona buffer (verde) attorno a una mappa stradale (marrone). Puoi vedere quali case rientrano nella zona buffer, quindi ora puoi contattare il proprietario e parlargli della situazione.

10.8. Qualcosa su cui pensare

Se non hai a disposizione un computer, puoi usare un foglio di mappa e un compasso per creare zone di rispetto intorno agli edifici. Con il compasso fai dei piccoli segni a matita a una distanza uguale lungo l’elemento, poi collega i segni con un righello!

10.9. Altre letture

Libri:

• Galati, Stephen R. (2006). Geographic Information Systems Demystified. Artech House Inc. ISBN: 158053533X

• Chang, Kang-Tsung (2006). Introduction to Geographic Information Systems. Terza edizione. McGraw Hill. ISBN: 0070658986

• DeMers, Michael N. (2005). Fundamentals of Geographic Information Systems. Terza edizione. Wiley. ISBN: 9814126195

La QGIS User Guide contiene informazioni più dettagliate sull’analisi dei dati vettoriali disponibili in QGIS.

10.10. Cosa viene adesso?

Nella sezione che segue daremo un’occhiata più da vicino all”interpolazione come esempio di analisi spaziale che puoi fare con i dati raster.