Ontologie spaziali nella costruzione di GIS

Sessione organizzata 12: Pianificazione e gestione della conoscenza:

contributo delle ontologie all’innovazione del piano

Ontologie spaziali nella costruzione di GIS

nella Valutazione Ambientale Strategica

Il caso del PUC del Comune di Genova

XXXIV Conferenza Scientifica

AISRe Associazione Italiana di Scienze Regionali

Palermo, 2-3 settembre 2013

Giampiero Lombardini, Dipartimento di Scienze per l’Architettura, Genova




Definiamo il complesso delle pratiche che contribuiscono alle

trasformazioni dell’ambiente fisico della città come sistema di

produzione territoriale.

Il sistema della pianificazione urbanistica può essere definito allora

come l’insieme delle pratiche di governo (nelle loro dimensioni progettuali,

giuridiche e tecniche) che, attraverso l’attribuzione degli usi del suolo

(zoning), interagisce e tenta la regolazione di tale sistema di produzione

territoriale (Mazza, 2004)

La valutazione degli esiti ambientali di tale processo di governo e

regolazione quindi deve tenere in considerazione le caratteristiche tecniche

ed operative entro cui un piano urbanistico svolge la sua funzione che in

questo caso hanno una irriducibile dimensione spaziale.

Giampiero Lombardini Ontolologie nella costruzione di GIS per il PUC del Comune di Genova

Pianificazione spaziale





Ne consegue che anche la descrizione dello stato

dell'ambiente (presupposto ad ogni successivo processo di

valutazione) debba avere sia un riferimento diretto con gli usi

dei suoli esistenti e già assegnati dai piani vigenti di diverso

livello e cogenza, sia con le possibilità / opportunità di una loro

trasformazione che possono derivare da percorsi strategici di

governance dei processi di produzione territoriale.

Così, mentre la costruzione dei quadri conoscitivi sugli aspetti

urbanistici ed insediativi prelude alla mappatura "normativa"

degli usi dei suoli, la descrizione dello stato dell'ambiente dovrebbe

essere formulata in modo da preludere ad una mappatura

"valutativa" degli usi dei suoli stessi.

Pianificazione, ambiente e spazio





(UOMO)

(relazioni sociali nello spazio

(NATURA)

(relazioni tra fattori ambientali)

SISTEMA INSEDIATIVO

(e sua potenziale evoluzione)

SISTEMA AMBIENTALE

(e sua potenziale evoluzione)

USO DEL SUOLO

INFRASTRUTTURE

GEOGRAFIA SOCIO-ECONOMICA

AMBITI DI PAESAGGIO

COMPONENTI AMBIENTALI

AGENTI FISICI

SPAZIO GEOGRAFICO





LAND USE SPATIAL

SYSTEM AND URBAN

FORM

SPATIAL ACTIONS

TRANSFORMATION

RULES

GEOGRAPHIC SPACE

ENVIRONMENTAL SYSTEM

EFFETCTS / IMPACTS

CAPABILITY / SUITABILITY

/ RESILIENCE

GEOGRAPHIC SPACE





STATO IMPATTI

DETERMINANTI PRESSIONI

STATO IMPATTI

DETERMINANTI PRESSIONI

Contesto urbano

Periurbano

Natuarle

Contesto costiero

Pianificazione, ambiente e spazio





Le attività umane, nella loro dislocazione spaziale (distribuzione sul territorio di popolazione – sistema insediativo -, attività e funzioni economiche e

sociali, infrastrutture, servizi per le famiglie e la collettività) impattano direttamente sull’ambiente che, in prima istanza, può essere scomposto nelle sue

quattro componenti fondamentali: aria, acque, suolo ed ecosistemi (sistemi vitali o biomi). Ma le attività umane si caratterizzano anche per la

produzione di sistemi di azioni ad effetto alterante. Agenti fisici (rumore, elettromagnetismo, ecc.), energia, rifiuti, mobilità, sono il portato di sistemi di

azioni che una collettività esercita sul territorio e che finiscono con l’impattare (seppure indirettamente) sulle componenti ambientali primarie.

Relazioni tra ambiente ed attività antropiche





COMPONENTI AMBIENTALI

Suolo (geologia)

Suolo (copertura)

Acque

Aria

Biomi, ecosistemi

AGENTI FISICI

Rumore

Elettromagnetismo

Rifiuti

Acque reflue

Componenti ambientali e agenti fisici





Si pone quindi il problema di

costruire una base di conoscenza

dei fenomeni ambientali su base

spaziale.

Occorre tenere presente che mentre

da un lato i metadati raccolti

secondo le procedure delle scienze

sperimentali appaiono certi nella loro

definizione e misurazione

quantitativa, la loro

rappresentazione, appare spesso

incerta e sfocata.

Se poi occorre una

rappresentazione geografica dei

fenomeni, ci si accorge che sovente

essi hanno natura incerta soprattutto

relativamente alla loro dimensione

spaziale (confini, tempo) e alle

relazioni «semantiche» alla base del

loro manifestarsi.

1. Non tutti i dati ambientali fanno

riferimento ad oggetti geografici

definiti

2. Non tutti i dati ambientali hanno

in origine una caratterizzazione

geo-spaziale.

3. Molti fenomeni ambientali sono

«concetti astratti» (es.: gli agenti

fisici).

4. Le relazioni tra i fenomeni non

sono solo di tipo causale, ma

spesso lo spazio ne determina

l‘evoluzione.

Le ontologie permettono di rappresentare

dati semi-strutturati. Questi vengono

rappresentati tramite strutture a grafo o ad

albero che presentano la potenzialità di

variare rispetto a uno schema assegnato.

Base di conoscenza (spaziale) per l’ambiente





Un modello Ontologico si compone di: Classi, Attributi, Relazioni ed Individui

La definizione più citata di ONTOLOGIA in campo informatico è quella proposta da Gruber: “AnOntologyisa formal,

explicitspecificationof a sharedconceptualization”[Gruber1993]:

Conceptualization Astrazione di un qualche concetto ottenuto mediante la definizione delle sue caratteristiche peculiari

Explicit I vincoli su come utilizzare il concetto vanno esplicitamente definiti

Formal L’ontologia deve essere espressa in un linguaggio “machinereadable”

Modello ontologico





Classi: insiemi, collezioni o tipi di oggetti con le stesse caratteristiche o della

stessa «specie». La classificazione può procedere secondo modelli top-down (si

richiede conoscenza esperta e metodi per condividerla) oppure secondo modelli

bottom-up (occorre un «motore di ragionamento» che raggruppi in modo logico gli

oggetti secondo criteri di somiglianza).

Attributi: proprietà, caratteristiche o parametri che gli oggetti appartenenti alle

varie classi possono avere e condividere.

Relazioni: modi in cui gli oggetti possono essere messi in relazione gli uni con

gli altri.

Individui: istanze del modello, sono gli elementi di base («ground level objects»)

Modello ontologico





Intensione: insieme delle proprietà che una particolare classe di oggetti ha in comune.

Estensione: è l’insieme degli oggetti che compongono una classe.

Insediamento

Villaggio

Acquasanta

Instance of

(esemplare di)

Is a kind of

ProprietàAbitanti (<>)

Superficie cop. (<>)

Pertinenza agricola

Centro servizi

Funzione residenziale

Percorso collegam.Intensione

Estensione

has

Tassonomia

Rete semantica

Modello ontologico





Relazioni logico-semantiche: Sinonimia (uguale)

Antonimia (opposto, ma non bidirezionale!)

Iponimia / iperonomia (ISA, gerarchia)

Meronomia (è parte di: componenti / membro / particella)

Pertinenza

Attributo

Relazioni topologiche: Disjoint

Meet

Overlap

Inside

Contains

Covers

Coverde by

Equal

Modello ontologico





Un esempio di ontologia: il concetto «strada» (desunto dal progetto Towntology)

Modello ontologico





Un esempio di ontologia: il tipo di relazioni del progetto Towntology)

Modello ontologico





BANCHE DATI COMPONENTI AMBIENTALI

ASSETTO IDROGEOLOGICO

USO E COPERTURA DEL SUOLO

INFRASTRUTTURE

SUOLO ACQUE ARIA BIOMI

Base di conoscenza ambientale





Tassonomia

Modello ontologico

Classi Relazioni Individui Proprietà

Rete semantica

Carta geologica

Geomorfologia

Idrologia

Acclività

Esposizione

Query

Assetto idrogeologico

ALTRE BANCHE DATI

Modello idraulico

Copertura vegetazionale

Suscettività

Modello climatologico

Valori / risorse

ASSETTO IDROGEOLOGICO





1. Tassonomia

Assetto idrogeologico





Suolo

S. naturale S. artificiale

Sedimenti

Rocce

Coltri Ghiaie Argille

Depositi art.Discariche

Calcari Dolomie Scisti

A kind of

A kind of

Is a Is a

A kind of A kind of

Colmate Riempimenti

A kind of A kind of

Is aIs aIs a

A kind of A kind of A kind of

TASSONOMIA (classi)

Ciottoli

Part of Part of

Assetto idrogeologico: costruzione dell’ontologia

1. Tassonomia





2. Semantica


Idrologia






2. Semantica

Acclività





Esposizione versanti


2. Semantica





Suscettività al

dissesto


3. Query





Tassonomia

Modello ontologico

Classi Relazioni Individui Proprietà

Semantica

AcqueRisorse

Valori

Query

IMPATTI

Pressioni

Suolo

Biomi

Infrastrutture

Uso e copertura del suolo

1. Tassonomia

Uso del suolo: costruzione dell’ontologia





Tassonomia Semantica Query

Uso e copertura del suolo

Infrastrutture

Stato

Stressor

Risorse

Valori

Pressioni

Criticità

1. Tassonomia






1. Tassonomia






SU

OL

O

Stato Stato

2. Semantica


Stato

Pressioni

Valori





Stato

Pressioni

ValoriAC

QU

E

Stato Stato

2. Semantica






BIO

MI

BIO

MI

Stato Stato

2. Semantica


Pressioni

Valori

Stato





Aree da bonificare

Aree percorse dal fuoco

Fasce di inondabilità

Frane

Aree di attenzione

Suolo impermeabilizzato

Artificializzazione corsi d’acqua

Artificializzazione costa

Qualità acque interne

Qualità acque marine

Inquinamento da traffico

Impianti inquinanti

Criticità acustica

Elettromagnetismo

Suolo

Acque

Agenti fisici

Aria

Stato Stato

3. Query






Discariche

Cave

Centrali elettriche

Elettrodotti

Antenne

Strade e autostrade

Linea ferroviaria

Impianti industriali RIR

Impianti produttivi inquinanti

Aree da bonificare

Depuratori

Attrattori di traffico

Aree ad alta intensità d’uso

Serre

Aree agricole e coltivate

Suolo impermeabilizzato

e relative aree di

attenzione

Stato Stato

3. Query






Componente ambientale

Suolo (geol.)

Rumore

Is a

Is a

Agenti fisici

Suolo (usi) Acque Biomi

Is a Is a

Elettrom. Rifiuti Energia

Is a Is a Is a

Is a

Rocce Sedim. Urbano Produt. Agricolo Marine Intene

A kind of

Bosco Pascolo Gerbido

Prodotta ConsumataRispetto ProdottiRispettoGenerato da

Stato Stato

1. Tassonomia

Dall’uso del suolo alla carta delle criticità





1. Tassonomia

OWL, Protegè






OWL, Protegè

1. Tassonomia






3. Query






PATRIMONIO

RISORSA

RISCHIO

RISPETTO


3. Query





GIS per la valutazione di coerenza localizzativa

La conoscenza orientata alla valutazione





La conoscenza orientata alla valutazione





Conclusioni

La costruzione di un unico sistema logico descrittivo dei dati ambientali

basato su ontologie ha permesso di conseguire alcuni risultati.

1. Riduzione della complessità risultante da basi dati particolarmente

estese.

2. Possibilità di controllare ad ogni passo della procedura l’insieme delle

relazioni che legano tra loro fenomeni sì interrelati ma di difficile

sintesi.

3. Confrontabilità ed interoperabilità dei dati sullo stato dell’ambiente (e

le sue potenziali modificazioni) con i dati derivanti dalle scelte del

piano urbanistico.

4. Organizzazione della conoscenza del piano in modo tale da renderla

rappresentabile spazialmente.





Conclusioni

GRAZIE PER L’ATTENZIONE

Ontologie spaziali nella costruzione di GIS

Documents

Transcript of Ontologie spaziali nella costruzione di GIS