APPLICAZIONI INFORMATICHE ALLE SCIENZE DELLA TERRA

Il corso di Applicazioni informatiche alle Scienze della Terra, parte della laurea triennale in Scienze Geologiche, ha come obiettivo principale quello di introdurre gli studenti ai principi basilari delle geoscienze utilizzando metodologie informatiche. In particolare, il corso mira a fornire agli studenti strumenti pratici e versatili, applicabili a tutte le geoscienze, finalizzati a:

Acquisire conoscenza e capacità di comprensione riguardo gli strumenti operativi dell'analisi di immagini in formato raster (1 bit, 8 bit, 24 bit, multi- ed iper-spettrali), con specifico riferimento alle operazioni di classificazione; digitalizzazione ed interpolazione, usufruendo di strumenti appositamente sviluppati in ambiente GIS (Geographic Information System). 

Sviluppare la capacità di applicare le conoscenze e comprensioni acquisite per:

Acquisire; Integrare; Analizzare; Trattare; Archiviare; Distribuire; Favorire l’interoperabilità di dati spaziali multiscalari (dalla scala satellitare a quella microscopica), sia in formato raster che vettoriale di interesse geologico.

Autonomia di giudizio: Lo studente sarà incoraggiato a esplorare in modo indipendente le proprie conoscenze sugli argomenti discussi e a mantenere un dialogo continuo con i colleghi e con il docente, affinché quest'ultimo possa valutare in modo critico il suo percorso di apprendimento.

Abilità comunicative: La partecipazione alle lezioni e la lettura di dispense e testi suggeriti contribuiranno a far acquisire allo studente un linguaggio tecnico-scientifico appropriato, attraverso l'apprendimento di termini specifici, definizioni, acronimi e concetti relativi agli argomenti trattati. Grazie a un'interazione costante con il docente, lo studente apprenderà a comunicare con precisione e chiarezza le conoscenze apprese.

Capacità di apprendimento: Lo studente sarà accompagnato nel miglioramento del suo metodo di studio. In particolare, mediante esercitazioni specifiche, sarà in grado di gestire in modo autonomo nuovi argomenti e di rinnovare le conoscenze già acquisite attraverso un'analisi critica di testi e/o articoli scientifici.

Il corso è suddiviso in 3 CFU di lezioni frontali per un totale di 21 ore durante le quali vengono impartite le nozioni teoriche relative alle operazioni di:  

PARTE PRIMA

Database management; Ricerca online sui principali geoportali certificati INSPIRE/OGC; Estrazione tematica e Layout view assemblage. 

PARTE SECONDA

Tecniche di digitalizzazione, classificazione supervisionata e non supervisionata basata su analisi statistica multivariata accompagnata da algoritmi per la massima verosimiglianza. 

Ulteriori 3 CFU di lezioni laboratoriali, per un totale di 36 ore, vengono impartite, in parallelo a quelle teoriche, per l'acquisizione delle competenze di base dell'informatica applicata alle geoscienze. 

Nella seconda parte del corso laboratoriale verrà introdotto l'uso del software ArcGis PRO e di un suo specifico plug-in (il Quantitative X-Ray Map Analyzer sviluppato nel Laboratorio di GeoInformatica ed Analisi di Immagine del nostro Dipartimento). Le lezioni pratiche verranno impartite direttamente in aula informatica (equipaggiata con 25 PC collegati in rete gestibili da remoto da un PC server) e con un sistema di lavagne multimediali per la visualizzazione interattiva di WebGIS multiscalari di interesse geologico. 

N.B.: Qualora l’insegnamento venisse impartito in modalità mista o a distanza potranno essere introdotte le necessarie variazioni rispetto a quanto sopra dichiarato, al fine di rispettare il programma previsto e riportato nel presente syllabus

Nozioni di base sui principali applicativi di office automation (Word, Excel; Access)

Conoscenza significativa dei principali sistemi operativi per pc (Windows  10 - 11)

All'inizio del corso verrà eseguita una verifica propedeutica per saggiare le competenze di alfabetizzazione informatica utile allo sviluppo delle competenze di base per la frequenza ottimale dei contenuti della disciplina. Il corso verrà successivamente tarato sulle competenze medie degli studenti. Qualora necessario, di concerto con gli organi collegiali verrà previsto un corso "0" integrativo di alfabetizzazione informatica.

Obbligatoria secondo le norme contenute nel regolamento didattico del corso di laurea. A garanzia di pari opportunità e nel rispetto delle leggi vigenti, gli studenti interessati possono chiedere un colloquio personale in modo da programmare eventuali misure compensative e/o dispensative, in base agli obiettivi didattici ed alle specifiche esigenze. È possibile rivolgersi anche al docente referente CInAP (Centro per l’integrazione Attiva e Partecipata - Servizi per le Disabilità e/o i DSA) del nostro Dipartimento, prof. Gabriele Lanzafame.

PROGRAMMA DEL CORSO DI: APPLICAZIONI INFORMATICHE ALLE SCIENZE DELLA TERRA
Lezioni frontali GIS: 3 CFU (21 ore)
Laboratorio in aula informatica GIS: 3 CFU (36 ore)

1ª parte: Introduzione e basi informatiche per le geoscienze

Contenuti frontali

L'evoluzione dell'approccio analitico nelle geoscienze con l'avvento dell'informatizzazione dei dati:  

1. L'evoluzione nel tempo della cartografia geologica: le prime carte geologiche e l’evoluzione del concetto di cartografia geologica fino al rilancio del progetto CARG passando per i protocolli GeoSciML/INSPIRE (l'esempio dei progetti Auscope, EarthChem, Pet DB e il Carg-Gate).
2. Differenza tra dati raster e dati vettoriali e le loro applicazioni nelle geoscienze.
3. I dati raster a 1 bit, 8 bit, 24 bit, le immagini multi- ed iper-spettrali.
4. la sintesi additiva e la composizione delle immagini RGB (filtraggio e principi di classificazione).
5. L'Analisi delle Componenti Principali e la classificazione per massima verosimiglianza supervisionata e non supervisionata.
6. Le immagini vettoriali e la loro informatizzazione, i file senza (ad es., *.cdr; *.dwg) e con primitiva geografica (ad es., *.shp, *.mdb, *.gdb, *.kml).
7. L’avvento dei GIS: GIS open source vs. i GIS proprietari; i WebGIS.
8. Il concetto di LIS per l'analisi dei dati a scala non geodetica (Verso la petrografia quantitativa).

Esercitazioni pratiche in aula

• Esercitazione pratica sui sistemi e sulle metodologie di costruzione e management dei database in ambiente GIS e in ambiente LIS.
• Visualizzazione e consultazione dei principali portali geoscientifici: OGC, il PCN, Auscope, il SITR, Earthchem, PetDb, GeoScience IR e il CARG-Gate.

2ª parte: Progettazione ed implementazione di un GIS in ambito geologico

Contenuti frontali

La piattaforma ESRI e ArcGIS Pro. 

DATI GEOLOGICI

1. Dati cartografici di base, carte geologiche ufficiali e le cartografie geoscientifiche specializzate.
2. Il concetto di affioramento e di stazione di misura in geologia e loro informatizzazione.

ANALISI LABORATORIALI

1. Concetto di campione e sottocampione. 
2. Tecniche di classificazione alla scala della sezione sottile mediante microscopia ottica e/o elettronica. 
3. Le mappe a raggi X alle diverse scale di osservazione. 
4. Classificazione mediante il Quantitative X-Ray Map Analyzer (QXRMA - Ortolano et al., 2014; 2018). 
5. Cenni sull'utilizzo del Micro Fabric Analyzer (Visalli et al., 2021) per la vettorializzazione delle immagini ottiche alla scala della sezione sottile.

IL MANAGEMENT DEI DATI MULTISCALARI E LA VISUALIZZAZIONE SU PIATTAFORMA WebGIS

1. La discretizzazione e il data-storage delle informazioni geologiche. 
2. Le directory e sottodirectory per la gestione dei dati multiscalari nelle Scienze della Terra.
3. Esempi di WebGIS multiscalari in geologia (Multiscale Geo-structural Information Systems - MGS Ortolano et al 2026; GEO-METamoRphic Information System - GEOMETRIS Ortolano et al., in progress). 

Esercitazioni pratiche in aula

• Utilizzo della Table of Contents per la gestione dei dati multiscalari in geologia: Mappe e Views. 
• Visualizzazione di dati cartografici e operazioni sui database alfanumerici associati. 
• Sovrapposizione di carte geotematiche diversificate. 
• La vettorializzazione e la creazione degli shape file e dei file *.gdb secondo le linee guida INSPIRE/GeoSciML. 
• L'utilizzo del menu Symbology e le operazioni di labelling.
• Operazioni sequenziali per l’estrapolazione di carte derivate (ad es. carte delle pendenze, delle esposizioni da DEM) attraverso i packaging tools standard di ArcGIS PRO. 
• Il packaging tool QXRMA per la classificazione delle immagini a raggi X dei minerali.
• Cenni di vettorializzazione automatica di dati petrografici  e l'utilizzo del Micro Fabric Analyzer (l'avvento della petrografia quantitativa).

Titolo: Switching to ArcGIS Pro from ArcMap 

Autore: Maribeth Hughett Price - 166 pagine 

Editore: Esri Press - Data di pubblicazione 12 luglio 2022

Dispense e pubblicazioni scientifiche corredate di tutorial e video-tutorial messe a disposizione dal docente

 Sitografia didattica utile

1.       https://gisgeography.com/geomatics-gis-difference/?utm_source=ReviveOldPost&utm_medium=social&utm_campaign=ReviveOldPost

2.       100 strumenti e risorse GIS essenziali per la Gestione Ambientale - Corsi Online QGIS | Impara i GIS con Geoinnova

3.       https://ngmdb.usgs.gov/fgdc_gds/geolsymstd.php

4.       https://www.sitr.regione.sicilia.it/geoportale/it/Home/ServiceCatalog

5.       https://www.sitr.regione.sicilia.it/category/dati-territoriali/download_tematismi/

6.       https://portalesgi.isprambiente.it/it/lista-servizi-wms/Geological%20Maps/

7.       https://gisgeography.com/image-classification-techniques-remote-sensing/?utm_source=ReviveOldPost&utm_medium=social&utm_campaign=ReviveOldPost

8.       https://www.igmi.org/it/direzione-geodetica

9.       https://geodati.gov.it/geoportale/

10.   https://geodati.gov.it/geoportale/datiterritoriali

11.   http://www.pcn.minambiente.it/viewer/

12.   https://gn.mase.gov.it/portale/home

13.   https://enterprise.arcgis.com/it/portal/latest/use/ogc.htm

14.   https://www.cnr.it/it/comunicato-stampa/11583/una-nuova-carta-litologica-digitale-per-lo-studio-della-geologia-italiana

15.   https://semiautomaticclassificationmanual-v5.readthedocs.io/it/latest/remote_sensing.html

16.   https://gisgeography.com/free-satellite-imagery-data-list/

L'ESAME DI APPLICAZIONI INFORMATICHE ALLE SCIENZE DELLA TERRA VIENE PREVALENTEMENTE SVOLTO SU PC.

L'ESAME PREVEDE LA POSSIBILITA' DI SVOLGERE LA PRIMA PARTE ATTRAVERSO UNA PROVA IN ITINERE DURANTE IL CORSO CHE INCENTRATA ESSENZIALMENTE SULLA RICERCA DI DATASET GEOSCIENTIFICI PROVENIENTI DA DIVERSE FONTI PER LA REALIZZAZINE DI UNA CARTA TEMATICA DERIVATA.

LA SECONDA PARTE DELL'ESAME, DA SVOLGERE SOLO ALLA FINE DEL CORSO IN DUE ORE E MEZZA, PREVEDE LA REALIZZAZIONE DI UNA PICCOLA CARTA GEOLOGICA CORREDATA DA PUNTI DI CAMPIONAMENTO DI ROCCE DI CUI SI HANNO DELLE MAPPE A RAGGI X DELL'INTERA SEZIONE SOTTILE E/O DI ALCUNI MICRODOMINI DA CLASSIFICARE MEDIANTE IL SOFTWARE QXRMA (Ortolano et al., 2014, 2018).

L'ESAME SI CONCLUDE CON LA VERIFICA ORALE DELLA COMPRENSIONE TEORICA DELLE OPERAZIONI SVOLTE SU PC (DURATA ORALE CIRCA 10 MINUTI).

ORTOLANO, G., VISALLI. R., GODARD G., CIRRINCIONE R. (2018) - Quantitative X-ray Map Analyser (Q-XRMA): A new GIS-based statistical approach for Mineral Image Analysis – Computers and Geosciences, 115, pp. 56-65.

ORTOLANO G, ZAPPALÀ L, MAZZOLENI P (2014). X-Ray Map Analyser: A new ArcGIS® based tool for the quantitative statistical data handling of X-ray maps (Geo- and material-science applications). COMPUTERS & GEOSCIENCES, vol. 72, p. 49-64, ISSN: 0098-3004, doi: 10.1016/j.cageo.2014.07.006

LA PROVA D'ESAME SARÀ STRUTTURATA IN FORMA DI PROVA PRATICA SU PC RECANTE I SEGUENTI QUESITI IMPRESCINDIBILI:

1. Ricerca online di carte tematiche provenienti da diverse fonti per la realizzazione di carte derivate;
2. Operazioni di layout guidato;
3. Operazioni di digitalizzazione schematica di litologie a partire da carte in formato raster;
4. Operazioni su DEM;
5. Operazioni di classificazione supervisionata di immagini a raggi X di minerali alla scala della sezione sottile mediante il software QXRMA.

GLI STUDENTI CHE AVRANNO REGOLARMENTE SUPERATO LA PROVA IN ITINERE SARANNO DISPENSATI DAI PUNTI "1" E "2"

IL DOCENTE SI RISERVA INFINE DI VERIFICARE ATTRAVERSO UNA O DUE DOMANDE IL GRADO DI COMPRENSIONE TEORICA ACQUISITO SULLE TEMATICHE DELLA PROVA PRATICA.