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Boano, Alessandro

Applicazioni GIS nella pianificazione territoriale ed ambientale: valutazione di ambiti e livelli di criticita della connettivita ecosistemica.

Rel. Franco Vico. Politecnico di Torino, Corso di laurea in Architettura, 2000

Questa è la versione più aggiornata di questo documento.

Abstract:

In Europa le principali infrastrutture di trasporto (ferrovie, canali navigabili, strade ed aeroporti) si sono sviluppate negli ultimi decenni in misura alquanto diversa. Mentre la rete ferroviaria è rimasta statica o è regredita, sono stati realizzati grandi progetti di nuovi canali navigabili e fortissima è stata l'espansione della rete stradale ed aeroportuale. Dal punto di vista costruttivo, le suddette infrastrutture di trasporto hanno caratteristiche ed effetti molto diversi sulla natura dei paesaggio, che possono essere di tipo diretto (consumo ed impermeabilizzazione delle superfici) o indiretto (separazione dei paesaggio in isole). Le infrastrutture, anche quando non utilizzate, esercitano su Warribiente effetti che discendono dal tracciato orizzontale e verticale, dalle forme e dimensioni, dai rapporti con il suolo e con le acque. Anche dal punto di vista dell'esercizio, gli effetti sono molto diversi in relazione ai consumi energetici, alla produzione e diffusione di gas di scarico e rumori, alla modalità di gestione delle infrastrutture. In generale le tendenze in atto sono contrarie agli obiettivi di difesa della natura e dei paesaggio, poiché incrementano ulteriormente il consumo di superfici, risorse ed energia, le immissioni ed i rumori e l'effetto di frammentazione degli ecosistemi.

Le opere di urbanizzazione e le infrastrutture di collegamento producono sovraccarichi sul paesaggio che agiscono in profondità, ben al di là della superficie richiesta, ad esempio, per il corpo stradale, che ormai nei paesi dell'Europa occidentale densamente popolati ha raggiunto valori globali dei tutto ragguardevoli, alquanto superiori a quelli delle acque interne. La superficie delle maglie ritagliate dalla rete stradale non costituisce un valore netto ecologicamente intatto, poiché bisogna dedurre le fasce adiacenti, disturbate dal traffico, la cui profondità varierebbe, secondo i diversi autori, da 100 a 200 metri per lato. In tal modo le superfici nette residue si riducono considerevolmente, in alcuni comprensori anche ai 213 di quelle lorde. Ogni strada modifica il quadro paesistico per una molteplicità di motivi. Prima dell'avvento della trazione meccanica, le strade potevano avere sezioni ridotte, piccoli raggi di curvatura e forti pendenze, adattandosi quindi nel modo migliore alla morfologia dei luoghi. Oggi invece le elevate velocità richiedono lunghi rettifili, ampie curve e modeste pendenze, con un pesante impatto sul rilievo naturale. Per esempio i tracciati a mezza costa rendono necessari profondi intagli nella montagna, il passaggio sopra dossi e colline la realizzazione di trincee, l'attraversamento di una valle la realizzazione di viadotti. L'inserimento di strade e traffico nei paesaggi agrari e semi-naturali di tipotradizionale conferisce loro un carattere tecnico completamente estraneo; queste modifiche sono tanto più avvertite come disturbi quanto più armonico ed affascinante era il paesaggio precedente. L'effetto risulta invece relativamente modesto quando il paesaggio era già tecnicamente modificato per la presenza di insediamenti urbani ed industriali, ferrovie, linee elettriche.

La costruzione di una strada reca disturbi sia alle componenti fisiche degli ecosistemi (suolo, acque, microclima) sia alle componenti biologiche, ossia alle biocenosi. Infatti luoghi prima protetti vengono improvvisamente esposti ad un forte traffico, le zone di transizione (di alto valore ecologico) come le rive di mari, laghi e corsi d'acqua, i margini di boschi, vengono occupati e fortemente compromessi a partire dalle loro associazioni vegetali. Si arriva a modificare il livello idrico delle zone umide deviando i flussi sotterranei con il rischio di estinguerle e a causa delle alterazioni microclimatiche, nella vegetazione lungo le strade comincia a modificarsi la vegetazione delle specie presenti; successivamente immigrano specie vegetali ed animali estranee ed emigrano o scompaiono totalmente le specie locali, anche per effetto di sostanze nocive.

Ma i danni più rilevanti provocati dalle strade agli ecosistemi sono connessi all'effetto di separazione. In molti Paesi deìl'Europa occidentale, tra cui l'Italia, la densità stradale è ormai tra le più alte dei mondo. In queste condizioni superfici intatte con più di 5 km di diametro sono diventate rare. La costruzione delle strade determina la separazione di parti importanti di ecosistemi interconnessi, l'isolamento genetico degli animali, l'interruzione delle vie migratorie, la decimazione per incidenti. In generale l'effetto di isolamento generato da una strada promuove l'estinzione delle specie animali e vegetali con esigenze più specialistiche (stenocore) e la diffusione delle specie meno sensibili (euricore), con effetto di livellamento biologico dei paesaggio. Quando un'area già di piccole dimensioni viene attraversata da una strada e le esigenze minime di sopravvivenza per alcune specie non possono più essere soddisfatte, quella popolazione migra o si estingue. Molti animali tendono a fuggire dalle fasce adiacenti alle strade, rifugiandosi all'interno delle aree residue comprese tra le maglie della rete stradale, che costituiscono isole con scarsa comunicazione. Le popolazioni animali in tal modo non possono più essere integrate da individui provenienti da altri ecosistemi. Perciò quando il saggio di mortalità supera quello di natalità, in conseguenza di eventi naturali o antropici (gelo, siccità, cattura, caccia, incidenti) queste popolazioni sono minacciate di estinzione. L'immissione di rumori e sostanze nocive disturba gli animali non meno dei traffico veicolare. L'effetto dipende dalla larghezza dei corpo stradale, dalle modalità esecutive (trincea, rilevato), dall'eventuale rinverdimento ai margini e da altre misure per la difesa della selvaggina. Spesso il traffico stradale provoca un vero sterminio della fauna selvatica. La morte per cause di traffico riguarda animali che vivono al suolo o nello spazio aereo immediatamente sovrastante la strada. Un problema dei tutto particolare è costituito dalle perdite per incidente che si determinano quando la strada taglia un percorso di migrazione stagionati stabilito geneticamente; in tal caso l'intera popolazione viene più o meno rapidamente distrutta a meno che non si ricorra a misure speciali di previsione, prima della costruzione dei tratto di strada, che ne facilitino in qualche modo la connessione permettendo il transito, libero o guidato, nel territorio in questione.

Lo studio di problematiche cosi complesse viene, da qualche tempo ormai, gestito anche attraverso l'uso di sistemi in ambiente GIS, che grazie alle loro potenzialità e capacità di analisi ben supportano le metodologie dell'ecologia dei sistemi ambientali. Lo scopo di questo lavoro è cercare di capire come un approccio di questo tipo possa essere efficacemente avviato e quali siano le necessità, le condizioni attuali e le sue potenzialità in relazione alle tematiche della pianificazione ambientale e territoriale. L'ambito di lavoro, sul quale è stata posta maggiore attenzione, è una parte di territorio, la valle dei Tanaro in provincia di Asti, relativamente alle problematiche della connettività ecosistemica. Gli elementi dell'analisi ecologica dei territorio verranno utilizzati come punto di riferimento per l'organizzazione dei lavoro e rappresentano, quindi, l'aspetto pratico e conclusivo, che si concretizzerà in una serie di rappresentazioni cartografiche; per arrivarci occorre prima aver delineato le principali caratteristiche dei GIS, esaminato le parti che lo compongono ed individuato gli ambiti in cui anisce in modo determinante

Geographic Information System is a computer-based inforrnation system that enables capture, modelling, 'manípulation, reffival, analysis, integration and presentation of geographically referenced data"(Arnaud A., Masser I., Saigè F., Scholten H., 1993, GISIDATA Research Programme).

In questa breve definizione sono presenti tutti gli aspetti di cui si occupa questo lavoro ma è su alcuni termini che è opportuno soffermarsi. Il territorio non è formato da un insieme di ambienti da proteggere e di ambienti da trasformare, ma ai contrario, le varie parti sono strettamente interconnesse e strutturate tra di loro. I sistemi GIS offrono un supporto ideale a questo tipo di approccio proprio per la loro capacità di integrare dati di diversa natura. Infatti per una stessa porzione di territorio si possono contemporaneamente utilizzare e gestire foto aeree, satellitari, immagini raster e tutta la cartografia digitale in formato vettoriale. Questa ricchezza di informazioni non rappresenta un patrimonio statico ma può essere utilizzata come base per tutte le analisi della valutazione fisiografica (morfologia, idrografia, uso dei suolo, ecc..) combinate con quelle proprie dei sistemi GIS (overlay topologico, bufferig, etc.).

I risultati ottenuti diventano la base per la costruzione di un nuovo patrimonio di informazioni che deve essere il più possibile condiviso per andare ad innescare quel processo di re-integrazione che consente di avere dati sempre aggiornati e rappresenta uno degli aspetti peculiari dei sistemi GIS. Numerosi sono gli autori (Masser, I. Rhind, D.J., tra gli altri) che riconoscono ai dati geografici la capacità di aumentare le loro potenzialità descrittive man mano che vengono utilizzati, attraverso la creazione di nuove relazioni e l'introduzione di, nuovi o più aggiornati attributi da parte di diversi utenti. L'aspetto fondamentale è che l'informazione geografica deve essere trattata come una risorsa e come tale può essere incrementata (cresce con l'uso); integrata, essendo molto flessibile e massimamente condivisa (Masser, 1., 1995, PP. 9-19).

Particolare attenzione è stata posta sulla natura dei Tata" I dati sono infatti il cuore stesso di un sistema GIS e rappresentano la possibilità di associare ad ogni elemento geometrico, presente sulla carta, tutti gli attributi che ne definiscono le caratteristiche. Poiché ci muoviamo in un "ambiente digitale" bisognerà ridefinire, o meglio, specificare i riferimenti e le diversità rispetto alla cartografia tradizionale; entrare più nel dettaglio circa le proprietà, la natura e le diversità tra i dati in formato vettoriale e raster ed in ultimo verificare i criteri di qualità delle informazioni territoriali, poiché si usano dati di varia fonte.

Proprio il controllo della congruenza tra dati alla stessa scala e la possibilità di "forzarne" le caratteristiche per confrontarli con altri costituiscono un aspetto della tesi e legato a questa possibilità va letto tutto il discorso sulla qualità dei dati territoriali e la compilazione delle schede sui relativi "metadata". Infatti la necessità di una metodologia per il controllo della qualità e la formulazione di parametri oggettivi di valutazione sono aspetti- destinati ad imporsi man mano che aumenterà la diffusione dei dati e che oggi è spesso trascurata, essenzialmente per due motivi: il primo può essere individuato nel basso livello di sensibilità relativamente a queste tematiche, spesso gestite da personale non sufficientemente qualificato o trascurate dagli Enti produttori di dati; il secondo motivo è dovuto al fatto che solo grandi quantità di dati da acquisire e mantenere giustificano l'investimento dovuto alla messa a punto dell'intero contesto culturale, metodologico ed organizzativo necessario al controllo della qualità. E' importante a questo punto definire che cosa si intende per qualità: nella letteratura internazionale una definizione comunemente accettata è quella espressa dal concetto anglosassone 'Wtness for users" che consiste nella capacità di un prodotto di soddisfare le esigenze dell'utenza a cui è destinato.

I parametri che costituiscono la qualità oggettiva di un dato territoriale possono essere suddivisi in due tipologie: qualità globale e locale. La prima è riferita al dato territoriale nel suo interno ed è costituita dai seguenti parametri: accuratezza spaziale, temporale e dettaglio; la seconda è invece riferita alla singola caratteristica spaziale dei dato territoriale e si specifica in: accuratezza posizionale, risoluzione e coerenza iogicaltopologica. La verifica della qualità, sulla base di questi parametri, riguarda sia il dato geometrico (espresso come insieme di elementi puntuali, lineari o poligonali), caratterizzati da una forma e posizione nel sistema di riferimento adottato, ad una certa scala, sia quello che viene comunemente chiamato dato associato, cioè l'insieme degli attributi degli elementi geometrici che ne specificano le qualità e le caratteristiche. Un ierme di questi requisiti sono da ritenersi validi non solo nel caso di una nuova acquisizione , ma anche nei caso di successive modifiche e di aggiornamenti di un dato esistente. Queste sono le premesse indispensabili per consentire un utilizzo allargato delle informazioni contenute in sistemi informativi complessi e spesso eterogenei, accompagnate da una foro puntuale descrizione formate, di merito ed operativa. Tutte queste informazioni sono contenute, come abbiamo visto, nei metadata, vero e proprio corredo di informazioni di base attraverso i quali poter risalire alle finalità della raccolta dei dato e ai procedimenti tecnici usati per la sua acquisizione.

Rimane da definire l'aspetto legato al concetto di "fítness for users", introdotto prima, e legato anche all'uso dei dato prima e dopo una certa analisi ma che rappresenta sicuramente il rovesciamento dei concetto di qualità, in termini positivi, cosi come lo si intendeva, ad esempio, nella cartografia tradizionale . Infatti, avendo a disposizione una buona quantità di informazioni, un dato e la sua rappresentazione possono essere utilizzati in contesti o con finalità diverse da quelle originarie e diventa lecito andarne a forzare le caratteristiche per poterlo confrontare con altri. Similmente è lecito pensare che una volta completata una certa analisi i dati di partenza si siano arricchiti di un valore aggiunto" proprio legato ai buon esito dello studio; gli stessi dati così elaborati posso quindi diventare il punto dì partenza per un nuovo lavoro ed andare ad arricchire quasi in tempo reale il "dataset" di riferimento. Un esempio efficace può essere quello legato allo stato dell'uso dei suolo di un territorio e a come questo cambi notevolmente di anno in anno o addirittura stagione dopo stagione; è impensabile che un singolo ente si carichi l'onere di un aggiornamento continuo così ravvicinato di questo dato ma è invece auspicabile che più utenti che lavorino in un medesimo contesto, anche con finalità differenti, si scambino i dati sulla base di uno stesso sistema dì controllo (metadata ad es.) per poter avere informazioni sempre aggiornate ed aderenti alle proprie necessità. Se poi pensiamo alle possibilità offerte dagli scambi di informazioni su Internet diventa sempre più evidente che una volta definiti degli efficaci strumenti di controllo sia importante far "crescere il dato" e permettere una sua massima diffusione dopo ogni singolo utilizzo. Risulta importante fluscire a definire quali dati occorrono, dove poterli recuperare e sapere se sono già opportunamente strutturati in modo topologico o doverli invece costruire "ex-novo".

Per questo lavoro è stato possibile utilizzare le informazioni territoriali in formato digitale in dataset ben strutturati come i dati dei repertorio cartografico della Regione Piemonte dei 1995, i dati dei progetto Corine Land Cover dei 1985 e i dati dei progetto Ita dei 1994 alla scala nominale 1:25.000; i dati della CTRN e CTS dei 1991 e la mosaicatura di alcuni PRGC della Provincia di Asti alla scala 1:10.000.

I tempi di acquisizione di questi dati si sono rivelati, purtroppo, piuttosto lunghi. La causa principale dell'attuale scarsa circolazione di informazioni geografiche ben strutturate è da imputare in parte ad una inadeguata conoscenza da parte degli utenti ma soprattutto ad una certa resistenza alla cessione da parte dei singoli enti, al gran numero di adempimenti burocratici da compiere per ottenerli e ad una scarsa documentazione dei dati unita alla loro qualità, spesso inferiore a quella dichiarata. Quest'ultima considerazione va ulteriormente chiarità: infatti molti enti produttori di dati si rendono conto di possedere un notevole patrimonio, una volta acquisite un buon numero di informazioni territoriali, e naturalmente sono restie a cederle in modo indiscriminato; ma analizando meglio la situazione ci si rende conto che molti timori sono dovuti al fatto che spesso i dati sono acquisiti o prodotti senza i dovuti criteri di qualità o non si è in grando di certificare adeguatamente questi processi. Questa situazione viene vissuta come una fonte di debolezza da parte dei singoli Enti e ostacola fortemente il processo di diffusione delle informazioni.

In questa ottica il concetto di "fitness for users" se correttamente interpretato toglierebbe una parte di responsabilità ai produttori e lascerebbe ai singoli utenti il compito di decidere sull'efficacia dei dati utilizzati. Questo nuovo modo di interpretare la qualità di un dato, unito al discorso dell'importanza del metadata, potrebbe davvero diventare il punto di partenza per un più esteso e consapevole uso e diffusione dei dati geografici.

La parte centrale del lavoro è dedicata alle rappresentazioni cartografiche delle analisi svolte. Utilizzando le possibilità offerte dai sistemi GIS è stato possibile andare a ridefinire di volta in volta il territorio analizzato ed operare con diversi livelli di interpretazione. La creazione di modelli 3D, utilizzando specifiche estensioni del software di base, hanno fornito un valido sviluppo per la fùdefinizione visiva della qualità dei dati e per realizzare rappresentazioni particolari del territorio. Un ultimo aspetto, non trascurabile però, è rappresentato dal fatto che questo tipo di approccio permette di arrivare a buoni risultati, dal punto di vista delle analisi compiute, utilizzando spesso dati a costo molto basso, non necessariamente realizzati per le analisi specifiche da compiere, riuscendo a gestire il tutto in tempi relativamente brevi.

E' questa una possibile chiave di lettura di tutto il lavoro e questo risulta ancora più evidente se si fa riferimento a tutto il processo di analisi in 3D. La realizzazione di buona parte delle rappresentazioni sarebbe stata molto difficile, solo pochi anni fa, se non potendo contare su risorse e tempi notevoli. Oggi invece è possibile supportare processi di decisione sul territorio avendo a disposizione una vasta gamma di strumenti, sia per le analisi sia per le rappresentazioni, andando ad incidere su due aspetti che spesso in questi casi risultano determinanti: il basso costo delle risorse iniziali e la notevole velocità del processo di elaborazione dei dati, il tutto supportato da una buona resa grafica, elemento essensiale per favorire una maggiore leggibilità delle analisi e dei risultati ottenuti.

La tesi è concettualmente divisa in due sezioni distinte: nella prima sono presentate alcune indicazioni teoriche; nella seconda vengono analizzati i dati utilizzati e vengono presentate le rappresentazioni cartografiche relative alle analisi territoriali svolte.

Dopo l'introduzione, il secondo capitolo si occupa di indicare alcuni concetti teorici dell'ecologia dei sistemi ambientali che serviranno come linee guida nelle successive analisi territoriali. Il terzo capitolo è invece dedicato ai sistemi GIS e ai modelli di rappresentazione 3D con alcune puntualizzazioni per meglio definirne il funzionamento e le condizioni indispensabili per poterli realizzare. Il discorso sui dati e sui relativi metadati risponde a questa esigenza e introduce quello che è il filo conduttore di tutto il lavoro: la possibilità di utilizzare dati tra loro molto diversi per formato, scala, etc., e fornire un valido supporto alle decisioni di pianificazione territoriale ed ambientale con tempi e costi molto ridotti.

Nel quarto capitolo si concentrano le analisi territoriali eseguite e le relative rappresentazioni tridimensionali con le informazioni sui dati di volta in volta utilizzati. La divisione in blocchi di argomenti e l'utilizzo di schede di presentazione serve ad indirizzare la lettura secondo diversi livelli di approfondimento che vanno da una visione complessiva dei risultati ottenuti fino ad una attenzione puntuale ai dati e ai diversi livelli di rappresentazione presentati.

Relatori: Franco Vico
Parole chiave: urbanistica - territorale - computer - GIS
Soggetti: U Urbanistica > UD GIS
Corso di laurea: Corso di laurea in Architettura
URI: http://webthesis.biblio.polito.it/id/eprint/40
Capitoli:

l. INTRODUZIONE 1

2. SISTEMI AMBIENTALI E CORRIDOI ECOLOGICI 9

2.1 Riferimenti teorici 9

2.2 Concetti di base 14

2.3 Struttura dei sistemi ambientali 15

2.4 Connettività 22

2.5 Frammentazione 24

2.6 l corridoi ecologici 28

2.6.1 Definizioni 28

2.6.2 Caratteristiche e funzioni 29

2.6.3 Struttura 31

2.6.4 Ruolo 35

2.6.5 Indicazioni di progetto 36

3. l GIS 42

3.1 Il Sistema di riferimento 42

3.2 Il Concetto di scala 44

3.3 La Struttura dei dati 47

3.4 Modelli di rappresentazione 31) 54

2.4.1 Il Modello digitale del terreno 59

3.5 l dati 62

3.5.1 Proprietà 62

3.5.2 Accuratezza 64

3.5.3 Dettaglio 67

3.5.4 Consistenza 69

3.5.5 Completezza 70

3.6 l Metadati 71

3.6.1 Obiettivi 71

3.6.2 Specificazioni 72

3.6.3 Elementi della scheda 75

4. ELABORAZIONE E CONFRONTO Di LIVELLI INFORMATIVI 76

4.1 1 Dati utilizzati 76

4.1.1 1 dati dei progetto CORINE LandCover 78

4.1.2 1 dati sull'Uso dei Suolo dei Consorzio lta 82

4.1.3 1 dati sull'Uso dei Suolo della Regione Piemonte 85

4.1.4 1 dati della Capacità dei Suolo della Regione Piemonte 88

4.1.5 1 dati della CTRN vettoriale e raster della Provincia di Asti 91

4.1.6 1 dati della CTS vettoriale della Provincia di Asti 94

4.1.7 1 dati della Mosaicatura PRGC della Provincia di Asti 97

4.1.8 Foto volo CTR91 99

4.1.9 Foto volo Piemonte 101

4.2 Caratteri dei territorio analizzato 103

4.3 Le Funzioni specifiche utilizzate in ambiente GIS 107

4.4 Le rappresentazioni cartografiche 108

4.4.1 Studio della Morfologia 110

Scheda delle Tavole M. 1-6 111

Tavola M. 1 Carta delle Fasce Altimetriche

Tavola M.2 Carta delle Fasce Altimetriche (Modello 3D)

Tavola M.3 Carta Clivometrica

Tavola M.4 Carta Clivometrica (Modello 3D)

Tavola M.5 Carta dell'Esposizione dei Versanti

Tavola M.6 Carta delle Zone in Ombra

4.4.2 Studio dell'idrografia 118

Scheda delle Tavole 1. 1 -4 119

Tavola 1.1 Carta dell'idrografia principale e secondaria

Tavola 1.2 Carta dell'idrografia principale e secondaria

(Modello 3D)

Tavola 1.3 Carta delle Zone Esondate

Alluvione dei Novembre 1994

Tavola 1.4 Carta delle Zone Esondate

Alluvione dei Novembre 1994 (Modello 3D)

4.4.3 Studio sull'Uso dei Suolo 124

Scheda delle tavole U. 1 -6 126

Tavola 11.1 Carta della Capacità dei Suolo

Tavola U.2 Carta dell'Uso dei Suolo - Aree Urbanizzate

Tavola U.3 Carta deli'uso dei Suolo - Vegetazione

Tavola UA Carta della Pressione Antropica

Tavola U.5 Carta delle Zone di Buffer

Tavola U.6 Carta di Sintesi

Tavola U.7 Carta Uso dei Suolo

Dati Corine LandCover - Modello 3D

Tavola U.8 Carta Uso dei Suolo

Dati Corine LandCover Modello 3D

4.4.4 Analisi di aree particolari 135

Scheda delle Tavole P. 1-7 136

Tavola P. 1 Individuazione delle aree di Intervento

Tavola P.2 Carta dell'Uso dei Suolo in atto

Tavola P.3 Carta dell'Uso dei Suolo in atto (Modello 3D)

Tavola P.4 Carta delle indicazioni di progetto

Tavola P.5 Carta dei Corridoi Ecologici

Tavola P.6 Carta dei Corridoi Ecologici (Modello 3D)

Tavola P.7 Carta dei Corridoi Ecologici (Particolari)

4.4.5 Modello VRML 144

5. CONCLUSIONI 146

6. RIFERIMENTI BIBLIOGRAFICI 150

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