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@MappaProject: un approccio computazionale innovativo per l’archeologia italiana #opendata #matematica Gabriele Gattiglia
Seminario di Cultura Digitale, Pisa 6 novembre 2013
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Carta Predittiva del Potenziale Archeologico Carta Archeologica Carta geomorfologica Modello matematico
Open digital archaeological archive Open Data Collaborazione Trasparenza
Geologi Archeologi
Matematici Pisa, Italy
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Perché essere Open?
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i beni culturali sono pubblici
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E deve conoscere i risultati
la collettività paga
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i dati invecchiano
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Nell’ultimo decennio sono stati prodotti una grande mole di dati archeologici, spesso in formato digitale, che sono andati ad aggiungersi alle sterminate documentazioni analogiche di scavo prodotte negli ultimi 40 anni, spesso al solo scopo di giacere inutilizzati negli archivi. Assistiamo al paradosso di possedere potenti strumenti di calcolo informatico, ma pochi dati da processare, di produrre con costi molto elevati nuovi dati, per farne un uso limitato nel migliore dei casi a pochi o pochissimi riutilizzi.
Ricicliamoli!
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Come essere Open?
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Viene utilizzato principalmente per indicare l'accesso libero e senza restrizione degli articoli pubblicati in riviste accademiche; inoltre, l'open access copre non soltanto articoli di riviste, ma anche capitoli di libri e monografie, ed in generale ogni prodotto della ricerca. Esistono due strategie principali per garantire pubblicazioni ad accesso aperto, con numerose sfumature: • Viene definita «via verde» ("green road") la pratica dell'auto-
archiviazione ("self-archiving"), da parte degli autori, di copie dei loro articoli in archivi istituzionali o disciplinari, o ancora nei loro siti personali.
• Viene definita «via d'oro» ("gold road") la pubblicazione di riviste in cui gli articoli sono direttamente ed immediatamente accessibili ad accesso aperto.
Fonte: http://it.wikipedia.org/wiki/Open_access
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http://mappaproject.arch.unipi.it/?page_id=136
Pubblicazioni
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www.mappaproject.org/webgis
MappaGIS
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motore webGIS
database server
scripting
web server
Open….source
Fonte: Noti V.: Il webGIS del progetto MAPPA: architettura del sistema e sviluppi futuri
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Professione
Tutela Pianificazione
Ricerca
Cittadinanza
Come?
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More info Anichini F., Gattiglia G.: A qualcuno piace ‘webGIS’: indicazioni pratiche per un utilizzo archeologico consapevole Kansa E.: Open access in archaeology Noti V.: Il webGIS del progetto MAPPA: architettura del sistema e sviluppi futuri
ll webGIS del progetto MAPPA
Video
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Secondo la Open Knowledge Foundation (http://it.okfn.org/) «un contenuto o un dato si definisce aperto se chiunque è in grado di utilizzarlo, ri-utilizzarlo e ridistribuirlo, soggetto, al massimo, alla richiesta di attribuzione e condivisione allo stesso modo»
…e in archeologia? 16 / 59 @MappaProject: un approccio computazionale innovativo per l’archeologia italiana #opendata #matematica
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Qualche dato
Per capirci meglio
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Ricercatori 83% Professionisti 78% Addetti alla tutela 74%
di chi lavora in archeologia è d’accordo sulla creazione di un archivio Open Data archeologico
di chi lavora in archeologia pensa che siano uno strumento di pianificazione e tutela per il MiBAC
di chi lavora in archeologia pensa che siano uno stimolo per migliorare la qualità dei dati prodotti
Fonte: Sondaggio Mappa http://mappaproject.arch.unipi.it/wp-content/uploads/2011/08/2013_05_31_csv.csv
90% 93%
64% 61%
di chi lavora in archeologia pensa che gli Open Data rappresentino il futuro della ricerca archeologica
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Accessibili, Tempestivi, Riutilizzabili
Tutelandone la «Paternità intellettuale»
L’archeologia è sempre e comunque un’attività di ricerca (dal momento che produce dati unici e
irripetibili) e non vi è ricerca finché non vi è pubblicazione del dato
I Dati sono considerati una pubblicazione scientifica
Tramite • Attribuzione codice DOI (Digital Object Identifier), un
«ISBN» digitale • Licenza CC BY / CC BY SA
OPEN
Quindi?
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Doc. grafica
Doc. fotografica
Doc. compilativa
Relazioni
Apparato archeografico
(dataset)
Letteratura grigia
DATA
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Aspetti legali
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Legge 633/1941 Protezione del diritto d'autore e di altri diritti connessi al suo esercizio • Diritto d'autore • Diritto su banche di dati (art. 102-bis e seg) • Diritto su semplici fotografie (artt- 87-92)
Quali diritti?
Fonte: Anichini F., Ciurcina M. Noti V.: MOD (Mappa Archaeological Open Data Archive): new ideas for new minds
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• Quando l'opera è creativa? • Chi è l'autore? • Chi è titolare dei diritti?
Problemi Soluzioni
Liberatoria
D. Lgs. 42/2004 Codice dei beni culturali e del paesaggio • Diritto di riproduzione (artt.
106 e seg.) Autorizzazione dall'ente preposto
D. Lgs. 196/2003 Codice in materia di protezione dei dati personali • Dati relativi a persone fisiche
identificate o identificabili (nomi e cognomi di persone fisiche, fotografie e documentazione grafica, di immobili di persone fisiche)
Richiesta di diffusione dei dati (o anonimizzazione)
Fonte: Anichini F., Ciurcina M. Noti V.: MOD (Mappa Archaeological Open Data Archive): new ideas for new minds
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Fonte: Anichini F., Ciurcina M. Noti V.: MOD (Mappa Archaeological Open Data Archive): new ideas for new minds
Attribuzione Attribuzione Condividi allo stesso modo
compatibili con diritto di riproduzione art. 106 e seg. D. Lgs. 42/2004
Licenze
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Nella lista dei repositories consigliati dal Journal of Open Archaeological Data http://openarchaeologydata.metajnl.com/
MOD
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More info Anichini F., L’analisi dei dati: un’archeologia senza aggettivi Anichini F., MAPPA survey. Gli Open Data nell’archeologia italiana Anichini F., Ciurcina M., Noti V, Il MOD: l’archivio Open Data dell’archeologia italiana Ciurcina M., Parere legale sul portale Mappa Open Data MAPPAproject, L’Open Data e l’archeologia italiana. Risultati del sondaggio on-line 2013
Video
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Modelli predittivi
A cosa servono? • Pianificazione
• Tutele
• Ricerca
Cosa sono? Servono a stimare la presenza/consistenza dei depositi archeologici
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Alla pianificazione
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Alla tutela
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Map Algebra
Cost Surface Analysis
Alla ricerca Land use evaluation
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•Dati urbani
•Cartografia storica
•Dati geografici/
geomorfologici
•Dati archeologici
PRIMARY DATA
•Dati derivati
SECONDARY DATA
Data model
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US quantificazioni
Attività
Fasi Relazioni preliminari
Interventi archeologici
Livello Informativo Archeologico
Carta del Potenziale Archeologico
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• Tipologia insediativa • Densità insediativa • Pluristratificazione dei depositi • Rimovibilità non rimovibilità del
deposito • Grado di conservazione del
deposito
Potenziale archeologico Parametri
• Il potenziale archeologico di un’area rappresenta la probabilità, più o meno alta, che vi sia conservata una stratificazione archeologica di minore o maggiore rilevanza.
• Si calcola attraverso l’analisi e lo studio di una serie di dati storico-archeologici e paleoambientali ricavati da fonti diverse, con un grado di approssimazione che varia a seconda della quantità e della qualità dei dati a disposizione e delle loro relazioni spaziali e contestuali.
• Il potenziale archeologico di un’area è di per sé un fattore indipendente da qualsiasi tipo di successivo intervento si vada a realizzare, che deve essere inteso come fattore di rischio contingente.
• La cartografia di potenziale archeologico è un modello predittivo e come tale è consapevolmente creata come strumento decisionale.
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Con un modello matematico
Come?
Perché?
I modelli matematici possono essere applicati ad altri centri urbani generalità
• I modelli matematici sono utili nelle predizioni • La matematica può avere un impatto sulla pratica archeologica e sulla pianificazione territoriale
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7. Report, explain, predict
1. Real-world problem
3. Formulate the abstract
problem
4. Solve the abstract problem
5. Interpret the
solution
6. Verify the model TESTING
2. Make assumptions BASIC RULES governing the system PROBABILITY DISTRIBUTIONS
MATHEMATICAL MODELS
STATISTICAL MODELS
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• Ipotesi: se si avesse una conoscenza perfetta del sottosuolo, allora l’archeologo dovrebbe essere in grado di assegnare il potenziale in ogni punto
• Un modello matematico è dunque un modo per stimare il potenziale ogni qualvolta i dati non sono noti (sempre)
Formalizzazione
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Da un punto di vista astratto
• Un punto chiave è l’identificazione delle relazioni tra ritrovamenti
• Tali relazioni possono essere spaziali o funzionali
• Queste relazioni possono rafforzare o indebolire la probabilità della presenza di una struttura più complessa rafforzano o indeboliscono il potenziale archeologico di un’area
Principi
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• Analogia tra i criteri per attribuire il potenziale archeologico e quelli per assegnare l’importanza delle pagine web nei motori di ricerca
• Negli algoritmi page rank le pagine web - attribuiscono importanza alle pagine web a cui puntano (mediante un link) - ricevono importanza dalle pagine web dalle quali ricevono link
Page Rank
=+=
=
13
312
21
2/12/1ww
wwwww
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Come funzione intuitivamente?
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…e in archeologia ? 40 / 59 @MappaProject: un approccio computazionale innovativo per l’archeologia italiana #opendata #matematica
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WORKFLOW
Categorizzazione dei ritrovamenti archeologici
Dare forma ai ritrovamenti
Entrambi influiscono sulla diffusione del potenziale
Creazione aree funzionali: • urbana • suburbana • agricola
Relazioni tra i ritrovamenti archeologici all’interno dello stesso periodo
Creazione delle carte paleogeografiche
Assegnazione del valore del potenziale informativo
Relazioni tra i ritrovamenti archeologici di differenti periodi
Livello sincronico
Livello diacronico
[*]
[**]
[***]
[****]
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• Organizazione del territorio • Attività e tecniche produttive • Tecniche costruttive • Strategie e tecniche militari • Igienico-sanitario • Sistemi idrici • Viabilità/trasporti • Commerci • Coltivazione/allevamento • Alimentazione • Gestione rifiuti • Antropologia • Culto/pratiche funerarie • Aspetti politico-istituzionali • Indicatori sociali e di genere • Tempo libero • Costume • Fauna/flora • Ambiente (geomorologia)
Ogni categoria di ritrovamento archeologico può dare informazioni su:
A ciascuno è stato assegnato un valore binario. La somma dei valori dà il potenziale archeologico di ogni categoria.
[*] Assegnazione del valore del potenziale informativo
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Casa-torre
bottega
vicolo
strada
corte
Relazioni tra i ritrovamenti archeologici all’interno dello stesso periodo [**]
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[***] Creazione delle aree funzionali
Ritrovamenti archeologici
Aree funzionali
Partendo dal presupposto che ogni centro urbano, in ogni periodo, risulti circondato da una zona di suburbana e, più esternamente, da una zona agricola, l'algoritmo utilizza le aree funzionali, vale a dire i suddetti livelli di organizzazione spaziale, e i loro valori di potenziale assoluto, per diffondere il potenziale. L'individuazione delle aree funzionali avviene sulla base di numerosi elementi, in quanto dipende dalle tipologie di ritrovamento, dalle relazioni tra esse e dal contesto ambientale.
Per limitare la soggettività, nel definire le aree funzionali è stata utilizzata una procedura automatica.
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I dati geomorfologici, stratigrafici e archeologici sono stati processati attraverso analisi geostatistiche per ottenere i DEM storici e per realizzare la mappe paleogeografiche dei 7 periodi analizzati.
Creazione delle carte paleogeografiche [***]
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L’algoritmo MAPPA
Per il funziamento dell’algoritmo ogni DEM di periodo (ca 26 km2) è stato diviso in un griglia di celle di 10 x 10 m per un totale di 1.850.000 celle complessive
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Il valore dei links è ottenuto pesando il valore dell’area funzionale con il dato paleogeografico
L’ area di influenza è proporzionale al valore dell’area funzionale a cui appartiene una cella
Il “peso” totale dei links distribuiti da ogni cella contenente ritrovamenti archeologici varia sulla base della probabilità stimata della presenza di un determinato ritrovamento vicino ad un’altro
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Età contemporanea
Età moderna
Basso medioevo
Alto medioevo
Periodo romano
Periodo etrusco
Protostoria
Il risultato finale è stata la creazione di 7 carte di potenziale archeologico: una per ogni periodo preso in considerazione.
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Periodo romano
Basso medioevo
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Il risultato ottenuto è stato verificato con una campagna di 14 carotaggi. Sono stati confrontati il potenziale assoluto dei carotaggi con il potenziale stimato nella cella. Il potenziale stimato è risultato: • corretto in 9 casi su 13 pari al 69,2%; • l’errore medio - in uno scala di potenziale
compresa tra 1 e 5 - è stato pari a 0.3077 (6,15 %).
Validazione
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La carta del potenziale archeologico totale è data dalla somma pesata delle singole carta di potenziale di periodo, nella quale i periodi con minori informazioni acquisiscono maggiore importanza.
La carta di Potenziale
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More info Anichini F., Dubbini N., Fabiani F., Gattiglia G., Gualandi M.L.: MAPPA. Metodologie Applicate alla Predittività del Potenziale Archeologico vol.2 Gattiglia G.: MAPPA. Pisa medievale: archeologia, analisi spaziali e modelli predittivi Kamermans H. : Predictive Modeling: a view from the Ivory tower
Video
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…..e il futuro ? 55 / 59 @MappaProject: un approccio computazionale innovativo per l’archeologia italiana #opendata #matematica
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1. Il modello sembra lavorare meglio con quei dati che si concentrano in un’area piuttosto che con dati di tipo “policentrico”. Questo è dovuto principalmente al modo in cui vengono definite le aree funzionali. Prevediamo di implementare l’algoitmo con modelli differenti in modo da poterlo utilizzare su scala territoriale;
2. È necessario valutare la bontà della stima fornita dal nostro modello, attraverso un metodo generale che identifichi un valore minimo per la quantità dei dati e/o di relazioni che siano rappresentativi e che permetta di decidere quando l’applicazione del modello sia appropriata;
3. Abbiamo lavorato solo sui dati “positivi”. Per i futuri sviluppi sarebbe importante avere anche i dati “negativi”, in modo che partecipino alla stima del potenziale.
Algoritmo MAPPA
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Linked Open Data
Big Data
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Tendenze nel data storage - digitalization processamento dati attraverso i computer - usability disponibilità di dati in luoghi diversi e su dispositivi diversi Benché il processo sia più evidente in altri campi, anche in archeologia queste tendenze incoraggiano la produzione di grandi quantità di dati e lo sviluppo di archivi open data
Il solo metodo per analizzare grandi quantità di dati digitali (ed eterogenei) è utilizzare metodi automatici
Qui entra in gioco la matematica: il modo per migliorare le analisi è passare da avere i dati migliori ad avere il miglior modo di analizzare I dati.
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MAPPAproject
http://pisa.academia.edu/GabrieleGattiglia http://it.linkedin.com/pub/gabriele-gattiglia/14/534/220 @g_gattiglia
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