PORTALE DELLA DIDATTICA

PORTALE DELLA DIDATTICA

PORTALE DELLA DIDATTICA

Elenco notifiche



GIS modeling for City and Land

01UVCNB

A.A. 2025/26

Course Language

Inglese

Degree programme(s)

Master of science-level of the Bologna process in Ingegneria Edile - Torino

Course structure
Teaching Hours
Lecturers
Teacher Status SSD h.Les h.Ex h.Lab h.Tut Years teaching
Co-lectures
Espandi

Context
SSD CFU Activities Area context
ICAR/06 6 C - Affini o integrative A12
2024/25
Questo insegnamento di specializzazione è rivolto agli allievi che manifestino un particolare interesse per la modellazione della città in termini tridimensionali mediante strumenti e tecnologie GIS e lo sviluppo di analisi spaziali complesse. L’insegnamento è finalizzato all'inserimento delle opere edilizie e infrastrutturali, alla pianificazione urbana, all’utilizzazione delle risorse naturali e allo studio di fenomeni ambientali. Si propone di descrivere, analizzare e applicare in modo operativo il processo di progettazione di un GIS di ambito urbano multiscala e interamente tridimensionale a partire da cartografia numerica tridimensionale e nuvole di punti acquisite mediante LiDAR, droni e mobile Mapping System fino alla sviluppo di spèecifiche personalizzazioni te mediante strumenti di programmazione visuale e linguaggio Python.
This specialization course is addressed for students with a particular interest in the 3D modelling of the city using GIS tools and technologies developing complex spatial analyses. The course aims to define building, infrastructure and district management, as well as urban planning, the use of natural resources and the study of environmental phenomena inside 3D GIS environments. It is proposed to describe, analyze and apply in a practical way the design process of a multiscale 2D and 3D urban GIS, starting from open data and point clouds acquired through LiDAR, drones or mobile Mapping System up to the development of specific customizations using visual programming tools, Python language and basic artificial intelligence tools.
Gli studenti acquisiranno dimestichezza con: - la cartografia numerica 3D, i data base, i sistemi informativi territoriali (Geographic Information System, GIS), quali caratteristiche hanno, come vengono progettati e prodotti, come si acquisiscono i dati che contengono; - la modellazione 3D in ambito GIS con approccio multiscala per LoD (Livelli di Dettaglio); - la progettazione di un GIS 3D verso i 3DCityModel con strumenti commerciali (ArcGIS Pro). Al termine del corso, gli studenti saranno in grado di: - costruire un modello 3D di una città in ambiente GIS; - proporre un efficace processo di progettazione di un GIS 3D; - affrontare analisi spaziali complesse; - sviluppare opportune personalizzazioni procedurtali mediante programmazione visuale e linguaggio Python. L’impostazione dell’insegnamento stimola la autonomia di giudizio formando gli studenti alla lettura dei moderni documenti di descrizione dei formati di interscambio dati (interoperabilità). Lo svolgimento delle esercitazioni mediante lavoro di gruppo incoraggia l'interazione con i colleghi e lo scambio di informazioni, costringendo gli studenti ad acquisire proprietà di linguaggio e chiarezza espositiva. Dal punto di vista della capacità di apprendimento, lo studente, al termine dell'insegnamento, sarà in grado di applicare le conoscenze acquisite ad altri casi applicativi, eventualmente utilizzando altri software commerciali, svolgendo le fasi progettuali descritte nell'insegnamento.
Students will become familiar with: - 2D and 3D digital maps, geodatabase and Geographic Information System (GIS). Their features, how they are designed and produced, how (and where) it is possible to acquire the main geospatial data; - 3D modelling in the GIS environment with a multiscale approach for different LoDs (Levels of Details); - the design of a 3D urban digital twin towards 3DCityModels with commercial tools (ArcGIS Pro). At the end of the course, the students will be able to: - propose an effective GIS design process; - build a 2D/3D model of a city in a GIS environment; - perform complex spatial analyses; - develop appropriate procedural customizations through visual programming and Python language. The course organization stimulates autonomy of decision by training students to read and use modern reports and geoportals involving different data exchange formats (interoperability). The practical exercises, assigned during the course through group work, encourage the interaction with colleagues of different disciplines (Environmental, Civil and Building Engineers), and the exchange of information, forcing students to acquire properties of language and clarity of visual presentation. From the point of view of learning ability, the students, at the end of the course, will be able to apply the acquired knowledge to other application cases, possibly using other commercial or open software, taking advantage of the project phases described during the teaching.
Sono richieste le nozioni di base sui principali sistemi di riferimento terrestri usati in Italia e nel mondo e sulle rappresentazioni cartografiche associate.
The pre-requirements consist of the main Earth reference systems used in Italy and in the world, as well as the associated cartographic representations.
Lezioni Introduzione ai GIS definizioni, le componenti di un GIS, i dati vettoriali, raster, alfanumerici e descrittivi, l’importanza della cartografia numerica come base informativa, i metadati. Sistemi di riferimento terrestri e sistemi di coordinate cartografiche superfici di riferimento e rappresentazioni cartografiche in Italia e nel mondo, i sistemi dinamici, le reti geodetiche e la Rete Dinamica Nazionale, la trasformazione tra sistemi di riferimento: le trasformazioni piane, la trasformazione di Helmert, la procedura VERTO. La cartografia numerica 3D dalla carta tradizionale alla carta numerica, il concetto di scala nominale, la discretizzazione delle linee curve, il contenuto planimetrico, altimetrico e tridimensionale, il sistema di codifica, la struttura dei dati, la struttura dei file, le congruenze planimetriche, le procedure di editing, le congruenze altimetriche, i formati dei file e file di trasferimento, le tecniche di acquisizione, la BD3 di Regione piemonte, i capitolati per la produzione di cartografia numerica e di database cartografici, dalla nuvola di punti alla cartografia numerica La progettazione di un GIS I dati descrittivi: i database, la progettazione dei database, il modello esterno, concettuale (formalizzazione E/R), logico e interno, la progettazione dei GIS, la struttura ufficiale italiana di IntesaGIS e INSPIRE Verso i 3D city model I modelli altimetrici, la definizione di DTM e DSM, il contenuto dei modelli altimetrici, l’importanza delle breakline, i modelli densi, le norme CISIS, il GIS 3D, le primitive geometriche utilizzate, la relazione tra GIS 3D e BIM Analisi spaziali uso dei modelli altimetrici mediante interpolazione e approssimazione, i trend, IDW, il natural neighbour, i modelli derivati, estrazione curve di livello, pendenza, esposizione, irraggiamento, modelli idrologici, la funzione di visibilità. La procedura di definizione di una analisi spaziale, una classificazione sintetica delle funzioni di analisi, le funzioni di selezione per attributi e per posizione, l’overlay, la vicinanza, la statistica zonale, la conversione raster vettoriale, il calcolo tra dati raster La personalizzazione di un GIS mediante programmazione visuale Il model builder, inserimento di funzioni, la definizione dei parametri di modello, la selezione dei dati di input Esercitazioni Introduzione ad ArcGIS Pro Introduzione ai SIT (definizioni, esempi) ed ai moduli principali del software Esri ArcGis, ArcMap, ArcCatalog, ArcToolbox, ArcScene per i dati vettoriali e raster, l’importazione di cartografia numerica, l’esportazione in shapefile, la rappresentazione simbolica, esempi cartografici a varie scale. La base geometrica per i SIT: editing geometrico in ArcMap, la gestione dei sistemi di riferimento in ArcGis. VertoGis, TrasPunto, la georeferenziazione di una immagine raster La gestione dei dati alfanumerici: le tabelle, collegamento (Join e Link), la realizzazione di tematismi, il geoprocessing. GIS 3D Realizzazione di un GIS 3D a partire da una cartografia numerica tridimensionale, i modelli altimetrici in ArcGIS e i modelli derivati, dalla nuvola di punti alla cartografia numerica 3D. Model Builder Come sviluppare analisi spaziali complesse con il Model Builder, personalizzare il Toolbox, intervenire semplicemente sul codice Python. Realizzazione del progetto di un GIS di ambito comunale Esercitazione in proprio degli allievi su temi legati alla progettazione di GIS per la gestione della città in ambito urbano: gestione del traffico, gestione delle pratiche edilizie, il catasto, gestione delle aree verdi, la qualità dell’ambiente in termini di qualità dell’acqua, dell’aria e del rumore, …
The main topics analysed in this course are: - reference and cartographic representation systems, the transformation between them, the Verto method proposed by IGM, and some software used to perform the conversions (Cartlab, Verto GIS, ...); - definition of the organizational GIS context, history of DBs, management software (commercial, free, open source), spatial DBs, GIS aimed at objects, sharing on the internet/intranet (WebGIS), kind of data in GIS, geometric (vector and raster), descriptors (database) and descriptive (metadata); - characteristics of digital maps: 2D and 3D contents, precision and accuracy, coding systems, international standards, geometric and topological structures, the problem of editing, congruence constraints, make-up, special tender specifications for the production of digital maps; - the GIS design, the analysis of the problem through the external model, the graphic formalization through the conceptual model (the Entity-Relations scheme and the UML scheme, Unified Modeling Language), the schematization in the logical model (relational structure), the implementation in the physical model, some GIS design examples; - interoperability: definition of the problem, the OGC and CityGML standard; - 3D GIS: digital surface models and digital terrain model, definition, quality standards, information content, towards 3D GIS, multipatch entities and point clouds management. The course includes about 30 hours of lectures and 30 hours dedicated to the illustration and the realization of a complete assignment to be carried out by teams concerning the modelling of a portion of an urban area, the design of the municipal information system and the development of some procedures for customization and analyses.
The course will use ArcGIS Pro with a university campus license (with a duration of 1 year available to students https://www.areait.polito.it/supporto/risultato_serv.asp?serv=ESRI,Site,Licence&dettaglio=S&id_progetto_servizio=334). High-performance computers are encouraged but not strictly necessary. Remote options for licence connections could be evaluated.
The course will use ArcGIS Pro with a university campus license (with a duration of 1 year available to students https://www.areait.polito.it/supporto/risultato_serv.asp?serv=ESRI,Site,Licence&dettaglio=S&id_progetto_servizio=334). High-performance computers are encouraged but not strictly necessary. Remote options for licence connections could be evaluated.
L’insegnamento prevede circa 30 ore di lezioni frontali e 30 ore dedicate all’illustrazione e allo svolgimento di una esercitazione completa da svolgere a squadre inerente la modellazione di una porzione di centro urbano, la progettazione del sistema informativo comunale e lo sviluppo di alcune procedure specifiche di personalizzazione Il corso sarà completamente fruibile in remoto richiedendo la dotazione di un elaboratore di prestazioni elevate in cui sarà necessario preinstallare ArcGIS Pro in licenza Campus di ateneo (con durata 1 anno a disposizione degli studenti https://www.areait.polito.it/supporto/risultato_serv.asp?serv=ESRI,Site,Licence&dettaglio=S&id_progetto_servizio=334).
Lectures Theoretical lectures are usually recorded. The recording is not ensured for the practical ones. - Introduction to GIS Definitions, the components of a GIS, vector, raster, alphanumeric and descriptive data, the importance of digital map, metadata. Earth reference systems and cartographic coordinate systems. Reference surfaces and cartographic representations in Italy and the world, dynamic systems, geodetic networks and the National Dynamic Network, the transformation between reference systems: the plane transformations, the Helmert transformation, and the VERTO procedure. - 2D/3D digital maps From traditional maps to digital maps, the concept of nominal scale, the discretization of curved lines, the 2D and 3D contents, the coding system, the data structure, the file structure, the congruence constraints, the editing procedures, files and transfer file formats, acquisition techniques, Piedmont Region BDTRE, specifications for the production of digital map and mapping databases, from point cloud to digital maps. - The design of a GIS The descriptive data: the databases, the design of the databases, the external, conceptual (E-R formalization), logical and internal model, the design of the GIS, the official Italian and European structure of IntesaGIS and INSPIRE. - Towards 3D city models The elevation models, the definition of DTM and DSM, the content of the altimetric models, the importance of the breaklines, the dense models, the CISIS standards, the 3D GIS, the geometric primitives used, the relation between 3D GIS and BIM. - Spatial analyses The use of elevation models by interpolation and approximation, trends, IDW, natural neighbors, derived models, contour lines extraction, slope, exposure, solar irradiation, hydrological models, and visibility function. The procedure for defining a spatial analysis, a synthetic classification of the analysis functions, the selection functions by attributes and by position, the overlay, proximity, zonal statistics, vector raster conversion, and calculation between raster data. The customization of a GIS through visual programming. The model builder, new functions definition, defining model parameters, and selecting input data. - Geo-AI Artificial intelligence basics and principles, main applications in the geospatial domain, tools and possibilities. Exercises The group project is assigned during the first weeks/months of the course, and revisions will be ensured throughout the course. The students are highly encouraged to take part in the weekly revisions. - Introduction to ArcGIS Pro Introduction to ArcGIS Pro (definitions, examples) and the main modules of ArcCatalog and ArcToolbox for vector and raster data, import/export, the symbolic representation, cartographic examples at various scales. The geometric basis for SITs: geometric editing, management of reference systems in ArcGis. VertoGis, TrasPunto, the georeferencing of a raster image. The management of alphanumeric data: the tables, link (Join and Relate), the creation of themes, and geoprocessing. - 3D GIS and AI Realization of a 3D GIS starting from a 3D digital map, the altimetric models in ArcGIS and the derived models, from the point cloud to the 3D digital map. - Model Builder How to develop complex spatial analyses with the Model Builder, customize the Toolbox, and simple corrections on the Python code. - Spatial analyses on an urban GIS Self-study of the students on topics related to the design of GIS for the management of the city in the urban area: traffic and transport management, management of building practices, the cadastre, management of green areas, the quality of the environment in terms of water quality, air and noise pollution and so on.
Il testo principale è costituito dalle slide proposte durante le lezioni.
The main information consists of the slides proposed during the lessons. To learn more about the herds described, the following texts should be noted: - J. Campbell, M. Shin (2011) "Essentials of Geographic Information Systems", ISBN 13: 9781453321966, Publisher: Saylor Foundation (open Text Book, https://open.umn.edu/opentextbooks/textbooks/67) - Christian Harder, Clint Brown (2017) "ArcGIS Book: 10 Big Ideas about Applying The Science of Where" ed. ESRI Pr, ISBN-101589484878
Dispense;
Lecture notes;
Modalità di esame: Prova orale obbligatoria; Prova pratica di laboratorio; Elaborato progettuale in gruppo;
Exam: Compulsory oral exam; Practical lab skills test; Group project;
... The exam consists of 3 tests, all mandatory for passing the exam: • the exercise carried out during the workshops is assessed by means of a project book discussed during the course which describes all the phases of the work to be delivered at least one week before the examination. The teacher analyzes the report and proposes a mark (0-30); • The ability to practically use the GIS tools is assessed by means of a practical test concerning the use of the GIS software applied during the exercises, It is not possible to use notes or other detailed information but it is possible to use the online help of the software itself. For this purpose, the data entered on their own by the student in the context of the exercises will be used. At the end of the test, the teacher proposes a mark (0-30); • the in-depth analysis of the theoretical aspects described during the course is assessed through an oral test consisting of two questions (one on the part of cartography and GIS, the other on the part of spatial analysis). At the end, the teacher proposes a mark (0-30). The final mark is the weighted average of the results of the 3 previous evaluations.
Gli studenti e le studentesse con disabilità o con Disturbi Specifici di Apprendimento (DSA), oltre alla segnalazione tramite procedura informatizzata, sono invitati a comunicare anche direttamente al/la docente titolare dell'insegnamento, con un preavviso non inferiore ad una settimana dall'avvio della sessione d'esame, gli strumenti compensativi concordati con l'Unità Special Needs, al fine di permettere al/la docente la declinazione più idonea in riferimento alla specifica tipologia di esame.
Exam: Compulsory oral exam; Practical lab skills test; Group project;
The exam consists of 3 tests, all of which are mandatory to pass the exam: • the assignment carried out during the workshops is assessed through a project book and a final presentation discussed during the course, which describe all the phases of the work. The project book has to be delivered at least one week before the examination. The teacher analyzes the report and proposes a mark (0-30); • the ability to practically use the GIS tools is assessed by means of a practical test concerning the use of the ArcGIS Pro software applied during the exercises. It is not possible to use notes or other detailed information but it is possible to use the online help of the software itself. For this purpose, the data and the group project structured during the course will be used. At the end of the test, the teacher proposes a mark (0-30); • the in-depth analysis of the theoretical aspects described during the course is assessed through an oral test focusing both on the cartography/GIS part, and the spatial analyses). At the end, the teacher proposes a mark (0-30). The final mark is the weighted average of the results of the 3 previous evaluations, each weighing 33% in the overall evaluation.
In addition to the message sent by the online system, students with disabilities or Specific Learning Disorders (SLD) are invited to directly inform the professor in charge of the course about the special arrangements for the exam that have been agreed with the Special Needs Unit. The professor has to be informed at least one week before the beginning of the examination session in order to provide students with the most suitable arrangements for each specific type of exam.
Esporta Word