@MappaProject: un approccio computazionale innovativo per l’archeologia italiana #opendata #matematica

@MappaProject: un approccio computazionale
innovativo per l’archeologia italiana #opendata
#matematica
Gabriele Gattiglia
Seminario di Cultura Digitale, Pisa 6 novembre 2013

Geologi
Archeologi

Pisa, Italy

Matematici

Carta Predittiva del Potenziale
Archeologico
Carta Archeologica
Carta geomorfologica
Modello matematico

Open digital archaeological archive
Open Data
Collaborazione
Trasparenza

@MappaProject: un approccio computazionale innovativo per l’archeologia italiana #opendata #matematica

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Perché essere Open?


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i beni culturali sono pubblici


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la collettività paga

E deve conoscere i risultati

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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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9 / 59

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'autoarchiviazione ("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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Pubblicazioni

http://mappaproject.arch.unipi.it/?page_id=136

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MappaGIS

www.mappaproject.org/webgis

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Open….source
web server

scripting

database server

motore webGIS

Fonte: Noti V.: Il webGIS del progetto MAPPA: architettura del sistema e sviluppi futuri

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Tutela
Pianificazione

Cittadinanza

Ricerca

Professione

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

Video

ll webGIS del progetto MAPPA

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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?

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Qualche dato
Per capirci meglio


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93%
90%
64%
61%

di chi lavora in archeologia è d’accordo
sulla creazione di un archivio Open Data
archeologico
Ricercatori
83%
Professionisti
78%
Addetti alla tutela
74%
di chi lavora in archeologia
pensa che gli Open Data
rappresentino il futuro della
ricerca archeologica
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


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Quindi?
Accessibili, Tempestivi, Riutilizzabili
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

OPEN

I Dati sono considerati una pubblicazione scientifica
Tutelandone la «Paternità intellettuale»
Tramite
• Attribuzione codice DOI (Digital Object Identifier), un
«ISBN» digitale

• Licenza CC BY

/ CC BY SA


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Apparato
archeografico
(dataset)

Doc. grafica
Doc. fotografica
Doc. compilativa

DATA
Letteratura grigia

Relazioni


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Aspetti legali

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Quali diritti?

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)

Fonte: Anichini F., Ciurcina M. Noti V.: MOD (Mappa Archaeological Open Data Archive): new ideas for new minds

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Problemi
• Quando l'opera è creativa?
• Chi è l'autore?
• Chi è titolare dei diritti?
D. Lgs. 42/2004 Codice dei
beni culturali e del paesaggio
• Diritto di riproduzione (artt.
106 e seg.)

Soluzioni
Liberatoria

Autorizzazione
dall'ente preposto

D. Lgs. 196/2003 Codice in
materia di
Richiesta di diffusione
protezione dei dati personali
• Dati relativi a persone fisiche dei dati
identificate o identificabili
(o anonimizzazione)
(nomi e cognomi di persone fisiche,
fotografie e documentazione grafica, di
immobili di persone fisiche)


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Licenze
Attribuzione
Attribuzione Condividi allo stesso modo
compatibili con diritto di riproduzione art. 106 e
seg. D. Lgs. 42/2004


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MOD

Nella lista dei repositories consigliati dal Journal of Open
Archaeological Data http://openarchaeologydata.metajnl.com/

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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
Cosa sono?
Servono a stimare la
presenza/consistenza dei
depositi archeologici

A cosa servono?
• Pianificazione
• Tutele
• Ricerca

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Alla pianificazione


28 / 59

Alla tutela


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Cost Surface Analysis

Land use evaluation

Map Algebra

Alla ricerca

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Data model
SECONDARY DATA
•Dati derivati

PRIMARY DATA
•Cartografia storica

•Dati archeologici

•Dati urbani

•Dati geografici/
geomorfologici


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Carta del Potenziale
Archeologico

Livello Informativo Archeologico
Interventi
archeologici

Fasi
Relazioni
preliminari
Attività

US

quantificazioni


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•

•

•

•

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 storicoarcheologici 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.

Potenziale archeologico
Parametri
•
•
•
•
•

Tipologia insediativa
Densità insediativa
Pluristratificazione dei depositi
Rimovibilità non rimovibilità del
deposito
Grado di conservazione del
deposito


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Come?
Con un modello matematico

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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1. Real-world
problem

2. Make assumptions
BASIC RULES governing the system
PROBABILITY DISTRIBUTIONS

MATHEMATICAL

MODELS
3. Formulate
the abstract
problem

STATISTICAL

MODELS

7. Report,
explain,
predict

6. Verify
the model
TESTING

4. Solve the
abstract problem

5. Interpret
the
solution


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Formalizzazione
• 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)


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Principi
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


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Page Rank
• 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

w1 = w2

w2 = 1 / 2 w1 + w3
w = 1 / 2 w
1
 3


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Come funzione intuitivamente?


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?

…e in archeologia


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Categorizzazione dei
ritrovamenti archeologici

Assegnazione del valore del
potenziale informativo

[*]

Livello sincronico
Dare forma ai ritrovamenti
Relazioni tra i ritrovamenti
archeologici all’interno dello
stesso periodo

[**]

WORKFLOW
Creazione aree funzionali:
• urbana
• suburbana
• agricola

[***]

Creazione delle carte
paleogeografiche

Entrambi influiscono sulla diffusione del potenziale
Livello diacronico
Relazioni tra i ritrovamenti
archeologici di differenti
periodi

[****]


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[*]

Assegnazione del valore del potenziale informativo

Ogni categoria di ritrovamento
archeologico può dare
informazioni su:

•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•

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)

A ciascuno è stato
assegnato un valore
binario.
La somma dei valori dà il
potenziale archeologico di
ogni categoria.


42 / 59

[**]

Relazioni tra i ritrovamenti archeologici all’interno dello stesso periodo

corte

vicolo
Casa-torre

bottega
strada

43 / 59

[***]

Creazione delle aree funzionali

Ritrovamenti
archeologici

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.

Aree funzionali

Per limitare la soggettività, nel definire le aree funzionali è
stata utilizzata una procedura automatica.

44 / 59

[***]

Creazione delle carte paleogeografiche

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.


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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 “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

L’ area di influenza è
proporzionale al valore
dell’area funzionale a cui
appartiene una cella

Il valore dei links è ottenuto
pesando il valore dell’area funzionale
con il dato paleogeografico


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Età contemporanea
Età moderna

Il risultato finale
è stata la
creazione di 7
carte di
potenziale
archeologico:
una per ogni
periodo preso
in
considerazione.

Basso medioevo
Alto medioevo
Periodo romano
Periodo etrusco
Protostoria

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Periodo romano

Basso medioevo


49 / 59

Validazione

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 %).

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La carta di Potenziale
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.

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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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Comunicare
www.mappaproject.org

@MappaProject

https://www.facebook.com/progetto.mappa

http://www.youtube.com/user/MappaProject

http://www.slideshare.net/MappaProject

53 / 59


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?

…..e il futuro


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Algoritmo MAPPA
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.

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Big Data

Linked Open 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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