10.6092/issn.1973-9494/555
A systematic approach in the project of a database allows to treat information, apparently complex, in an exhaustive, efficient and effective way. The reference methodologies are now consolidated in the field of software engineering and they found direct application in different applicative contexts where the managing and aggregation processes and the analyses of big sets of data are critic. The base model for the logic analysis of the structures and the set of the constructions useful to data representations refer to the so-called Relational Model. The philosophy of information extraction is reconducted to the manipulation of Tables containing data instances and to simple Cartesian products.
application/pdf
1973-9494
555
en
Lucio Colizzi
Conservation Science in Cultural Heritage
Projecting databases and information systems
Text.Serial.Journal
https://conservation-science.unibo.it/
Articles
2008-02-20
2003-02-28
2015-11-02
85-92
CSCH
Lucio Colizzi
2003
10.6092/issn.1973-9494/555
85
1973-9494
en
92
Projecting databases and information systems
https://conservation-science.unibo.it/article/download/555/536
P
      ROGETTAZIONE DI BASI DI DATI
      E SISTEMI INFORMATIVI


Lucio Colizzi
Divisione Ingegneria Informatica
Consorzio CETMA (Centro Progettazione Design & Tecnologie dei Materiali)


Introduzione

   Il corso di Progettazione di basi di dati e sistemi informativi è stato configurato per
venire incontro alle specifiche esigenze di chi, avendo utilizzato diversi strumenti a fini
diagnostici e conservativi, si propone di individuare un metodo rigoroso per la gestione
della grossa mole di dati ottenuti. L’obiettivo di un Sistema Informativo è in questo caso
quello di proporre meccanismi (il più possibile automatici) per l’estrazione di informazio-
ni, in modo aggregato, e che tenga in giusto conto della molteplicità ed eterogeneità delle
varie sorgenti di dati, siano essi strumentali (analisi UV, fluorescenza, termografia, scan-
sione 3D, analisi chimico/fisiche, etc.) o puramente ottenuti da studi di natura storico/tec-
nica, antropologica, iconografica, stilistica, etc. Il percorso così costruito permette di
acquisire quelle conoscenze di base relative alla modellazione e strutturazione dei dati e
la relativa traduzione fisica in sistema informatico.

Sistema Informativo e Sistema Informatico

   Cominciamo con il sottolineare la distinzione, spesso poco nota, tra i termini Sistema
                                                                                                Quaderni di Scienza della Conservazione

Informativo e Sistema Informatico. Mentre il primo attiene alla componente di una orga-
nizzazione che gestisce, acquisisce, elabora e conserva le informazioni di interesse
(ovvero quelle utilizzate per il perseguimento degli scopi dell’organizzazione); il secondo
è costituito dalla porzione automatizzata del sistema informativo, ovvero quella parte
dello stesso, che gestisce le informazioni mediante tecnologie informatiche. Da questa
distinzione deriva il fatto che il SI esiste come conseguenza diretta dell’esistenza di una
organizzazione che produce dati e informazioni. Ad esempio, una biblioteca, un archivio
documentale cartaceo e/o membranaceo, etc. sono tutti esempi di sistemi informativi ora
come lo erano nei tempi antichi. Mentre le attuali tecnologie informatiche di gestione della
conoscenza permettono di realizzare sistemi informatici utili all’elaborazione complessa
dei dati al fine di porre in evidenza informazioni utili all’analisi storico-tecnica.

                                                                                                85
                                                                       L’approccio generale nello studio di un sistema informativo/co per la gestione delle
                                                                   raccolte e collezioni in archivio e biblioteca e trattamento dei flussi documentali, è ormai
                                                                   consolidato nell’ambito dell’ingegneria del software in diverse fasi:
                                                                   •   Studio di fattibilità
                                                                   •   Specifica dei requisiti
                                                                   •   Progettazione esecutiva
                                                                   •   Realizzazione
                                                                   •   Funzionamento
                                                                   •   Manutenzione
                                                                       Ma il pilastro fondamentale per la buona riuscita di un sistema informatico/vo è la
                                                                   modalità con cui si descrive il dominio della conoscenza relativo al contesto applicativo,
                                                                   e conseguentemente la struttura dei dati, sui quali le applicazioni si interfacciano per
                                                                   estrapolare informazioni. L’argomento va anche esso affrontato con idonee metodologie
                                                                   che portano alla definizione di modelli logici e fisici.

                                                                   Dato e Informazione

                                                                       A questo punto è utile vedere meglio il concetto di dato e informazione. Il primo può
                                                                   essere definito come mattone elementare di informazione, immediatamente presente alla
                                                                   conoscenza, prima di qualsiasi elaborazione e/o interpretazione. Il dato è ciò che descri-
L. Colizzi - Progettazione di basi di dati e sistemi informativi




                                                                   ve, in termini conoscitivi un oggetto, una realtà o un contesto. L’informazione è il valore
                                                                   aggiunto, in termini conoscitivi, estraibile dai dati attraverso attività di sintesi, aggrega-
                                                                   zione, interpretazione e proiezione. Pertanto il dato è un elemento della conoscenza
                                                                   meramente descrittivo ed attiene a componenti che potremmo definire statiche (general-
                                                                   mente invarianti nel tempo). L’informazione è il risultato di un processo elaborativo ed
                                                                   interpretativo, e per questo riguarda le componenti dinamiche di un sistema informati-
                                                                   vo/co. Quando si parla di database, ci si riferisce sempre ed in ogni caso alla gestione
                                                                   delle componenti statiche (ovvero dei dati); mentre l’estrazione di informazioni utili all’u-
                                                                   tente è effettuato da applicazioni studiate e sviluppate ad-hoc.
                                                                       Da quanto detto si comprende come un efficace e corretto studio dei dati in gioco, in
                                                                   un determinato contesto applicativo, pone i pilastri per un sistema informativo/co effica-
                                                                   ce (in grado di rispondere alle esigenze dell’utenza) ed efficiente.
                                                                       La fase di analisi dei dati è oggi supportata da metodologie complete che si rifanno a
                                                                   standard internazionali ormai universalmente accettati, ovvero il modello ER (Entità
                                                                   Relationship Model) ed il Modello Relazione o delle tabelle [1]. Il primo permette una
                                                                   modellazione concettuale dei dati in gioco, mentre il secondo traduce il modello concet-

                                               86
tuale in una serie di tabelle correlate da implementare direttamente all’interno di un
DBMS (Data Base Management System).
   La definizione dei modelli precedentemente citati parte dall’individuazione delle Entità
in gioco e da come queste entità sono correlate tra di loro.
   Un’entità è definibile come una classe di oggetti (fatti, persone, cose) appartenenti al
mondo che si intende modellare con caratteristiche di autoconsistenza. Una relazione
esprime il grado e la modalità di correlazione tra due o più entità.
   Un esempio potrebbe essere il seguente:



                                    n                 m
                   AFFRESCO              presenta           PIGMENTO



in cui sono state individuate due entità AFFRESCO e PIGMENTO ed una relazione. Un
affresco presenta m tipi di pigmenti, ma lo stesso tipo di pigmento può essere ritrovato in
più affreschi nella base dati. Per sapere quali pigmenti sono riscontrati in un affresco spe-
cifico sarà sufficiente effettuare un prodotto cartesiano tra le istanze di AFFRESCO e
PIGMENTO collegate dalla relazione “presenta”.
   Utilizzando questi concetti è possibile definire modelli di dati per qualsiasi contesto
applicativo indipendentemente dalla complessità. Vediamo di seguito un possibile sce-
nario .

Un esempio concreto

   Dopo uno studio approfondito delle tecniche di ingegneria software per la struttura-
                                                                                                Quaderni di Scienza della Conservazione

zione dell’informazione, si è affrontato con gli studenti del corso un caso concreto. La dis-
cussione e l’analisi di gruppo (di fondamentale importanza nella progettazione delle basi
di dati) ha portato ad una interessante struttura di dati. Lo scenario prospettato è stato il
seguente:
   “La soprintendenza di XXX vi vuole affidare un lavoro di catalogazione di innumere-
voli opere situate in un museo/biblioteca. Le opere sono state accatastate negli anni, alla
rinfusa in ogni angolo dello stabile. Da una prima indagine sul posto, si è potuto riscon-
trare che esistono nella collezione diverse tipologie di opere tra cui, libri e manoscritti,
dipinti, tele ed opere lignee, anche la struttura risulta affrescata in più parti e sul pavi-
mento sono stati creati diversi mosaici. In diversi secchi sono stati accatastati sotto forma
di rotoli innumerevoli documenti (atti, contratti, testamenti, etc.). La situazione di preca-

                                                                                                87
                                                                   rietà con cui si sono conservate le opere ha generato diversi processi di degrado (lacu-
                                                                   ne, muffe, viraggi cromatici, attacchi biologici, etc.). La soprintendenza vorrebbe catalo-
                                                                   gare tutte le opere presenti nel sito attraverso un lavoro sistematico, e nel prossimo futu-
                                                                   ro vorrebbe che si sviluppasse un vero e proprio sistema informativo, che oltre a conte-
                                                                   nere informazioni sulle opere tenga traccia anche della loro situazione di degrado, in
                                                                   modo da attuare politiche di intervento mirate.”
                                                                       La discussione in aula ha portato ad una definizione (ovviamente non l’unica possibi-
                                                                   le!) di un modello dei dati di tipo EER, che è in grado di rispondere ai quesiti apparente-
                                                                   mente complessi posti dal caso sopra citato.
                                                                       Per capire le potenzialità del modello progettato in aula, possiamo osservare che l’en-
                                                                   tità principale individuata è l’opera o “BENE_CULTURALE”: questa ha una autorelazione
                                                                   che rappresenta un livello multiplo di classificazione del bene (es. opere lignee, bronzi,
                                                                   affreschi, libri e manoscritti, mosaici, manufatti, etc.). Ogni bene può essere analizzato da
                                                                   uno o più strumenti ed ogni strumento può fornire uno o più dataset (es. immagine nel
                                                                   visibile, fluorescenza UV, spettro di massa, infrarosso, termografia, etc.). La base dati
                                                                   effettua un distinguo nel caso di dataset monodimensionali (es. concentrazione di una
                                                                   molecola in un punto o campione), bidimensionali (immagini a varie frequenze) o tridi-
                                                                   mensionali (stratigrafie, scansioni laser 3D, composizioni volumetriche etc.). Ogni bene è
                                                                   relazionato con la propria anamnesi, ovvero la storia degli interventi passati, ed ogni
L. Colizzi - Progettazione di basi di dati e sistemi informativi




                                                                   intervento è visto come un processo ben definito. La modalità di rappresentazione del
                                                                   processo segue le indicazioni dello standard IDEF0 [2] che vede un processo P, come
                                                                   una procedura che trasforma un set ben definito di input in un set definito di output, uti-
                                                                   lizzando n risorse, sottoposto ad un insieme di n vincoli. L’utilizzo di strumenti di diagno-
                                                                   stica, ed osservazioni dirette sul bene culturale, consente di individuare delle ZONE di
                                                                   degrado, delimitate e definite da un insieme di PUNTI che rappresentano i vertici di una
                                                                   spezzata che circoscrive la zona di interesse. Ogni zona è monitorata nel tempo e con-
                                                                   sente di evidenziare l’andamento del degrado nel tempo.
                                                                       Di seguito riportiamo il modello Entità Relazioni Avanzato (tab. 1).
                                                                       Dall’analisi del modello emergono le sue potenzialità. In linea di massima possiamo
                                                                   evidenziare le interrogazioni in termini di estrazione di informazioni, che la base dati è in
                                                                   grado di fornire:
                                                                   •   Quali sono le informazioni su un BC custodito, dove è posizionato e quale è stata la
                                                                       storia delle sue localizzazioni?
                                                                   •   Con quali strumenti è stato analizzato a fini diagnostici?
                                                                   •   Quali sono stati gli esiti dell’analisi?

                                               88
 Tabella 1. Modello Entità Relazioni Avanzato.

                                                                                  Dati_2D        riferi mento                                Dati_3D                 riferi mento


        Dati_1D


         valore             MONODIM ENSIONALE                                               BIDIM ENSIONALE                                                TRIDIM ENSIONALE
     Unità_M isura

                                                    data
                                                                                                         d
                                              Dati_zona

                                                                                                                                     data
                                                    n                                   1
                      ZONA                                     estrazione                         DATO

                                                                                                     n
                                                                                                                                                                                                edificio
                       1
                                                                                                 produce                                                                                         piano

                     costituita                                                                                                                        POSIZIONE
                                                                                                                                                                                                s tanza
                                                                                                     1
                                                                  Dati_Strumento                                                                                                                 x, y, z
                                                                                                                                                               n
                       n                                                                      STRUM ENTO

                                                                                                     n                                                   collocato
                     PUNTO                                                                                                                     1
                                                                                              Analizzato_da

                                                                         Dati_BC
                                  x, y, z
                                                                                                     m
                                                                                    1                                                1
                                                                                            BENE_CULTURALE                                      classificato

                                                n
                                                           Subito_pianificato                                                        n

                                                                                                                                                                                                Dati_Controllo
                                                                                  m                                                                    CONTROLLO
                                                                                              INTERVENTO

                                                                Dati_Intervento                      n                                                         n

                                                                      data
                                                                                               Costituito_da                                                   ha
                                                                                                                                                                               Dati_Attività

                                            Dati_Input                                                                               m                         m

                                                                                  INPUT          n              ha           m                     FASE_ATTIVITA’                   n          produce            m   OUTPUT


                                                                                                                             1                                 usa                                                        Dati_Output

                                                                                                                                         n
                                                                                                                     sottoattività
                                                                                                                                                                                                  Dati_Ris orsa
                                                                                                                                                        RISORSA
89
                                                                   •   Esistono delle zone di degrado? Qual’ è la loro dimensione?
                                                                   •   Come si evolvono nel tempo le zone di degrado?
                                                                   •   Sono stati effettuati interventi sull’opera? Quali interventi?
                                                                   •   Quali fasi e attività sono state effettuate durante un intervento e quali zone del bene
                                                                       sono state interessate?
                                                                   •   Quali sono gli interventi pianificati per il futuro?
                                                                       Ovviamente a queste informazioni direttamente ricavate dalla base dati è possibile
                                                                   individuarne altre ottenute da elaborazione dei dati di base. Esempi potrebbero essere i
                                                                   seguenti:
                                                                   •   “Qual è il prossimo intervento da effettuare tenendo conto dell’evoluzione nel tempo
                                                                       del degrado?”
                                                                   •   “Come posso confrontare nel tempo e nello spazio misure provenienti da strumenti
                                                                       differenti?”
                                                                       Una risposta a questa domanda potrebbe essere data a livello applicativo attuando poli-
                                                                   tiche di controllo nel tempo dei processi di degrado che coinvolgono zone ben definite.
                                                                       Se dovessimo collocare i dati riportati nell’interfaccia (fig. 1) nell’ambito della nostra
                                                                   base dati, possiamo dire che l’immagine del Cristo è stata acquisita con uno spettrofme-
                                                                   tro (gestito dall’entità STRUMENTO) operante nella regione del visibile. L’immagine è un
                                                                   dataset 2D, e sarà inserita nella parte di database relativa all’entità composta DATO –
L. Colizzi - Progettazione di basi di dati e sistemi informativi




                                                                               Figura 1. Una possibile interfaccia del sistema informativo.

                                              90
BIDIMENSIONALE. Allo stesso modo saranno trattate le tre componenti principali in alto
a destra, ottenute dalla separazione del Rosso, del Verde e del Blue. Accanto alle tre
componenti RGB, osserviamo che è stato riportato il relativo istogramma che però non è
presente nella nostra base dati poiché è ottenuto da una elaborazione al-volo delle com-
ponenti stesse.

Conclusioni

    La bontà di una base di dati è valutata sulla base delle potenzialità di estrazione di
informazioni che la stessa consente. Ovviamente un sistema informativo ben strutturato
è un valido ausilio alle attività di archiviazione e recupero di dati utili alla definizione di
quadri diagnostici, ma ancora oggi non sostituisce l’attività dell’esperto che, sulla base di
una specifica problematica, deve prendere delle decisioni, dalle quali dipende il futuro
dell’opera. Un approccio di gruppo multidisciplinare rappresenta oggi un modus operan-
di vincente in termini di efficacia ed efficienza.

Bibliografia
[1] ATZENI P., CERI S., PARABOSCHI P., TORLONE S. 1999, Database Systems (2nd
    ed.), Milano, McGraw-Hill.
[2] BRACCHI G., MOTTA G. 1993, Progetto di sistemi informativi, Milano, ETAS Libri.
[3] RAMEZ ELMASRI, SHAMKANT B. NAVATHE 2000, Fundamentals of Database
    Systems (3th ed.), Redwood City (CA), The Benjamin/Cummings Publishing
    Company.

Riassunto
Si intende far presente che un approccio sistematico nella progettazione di una base di dati con-
sente di trattare informazioni apparentemente complesse in modo esaustivo, efficiente ed efficace.
                                                                                                               Quaderni di Scienza della Conservazione

Le metodologie di riferimento sono ormai consolidate nell’ambito dell’ingegneria del software e tro-
vano applicazione diretta in diversi contesti applicativi, dove il processo di gestione, aggregazione
ed analisi di grosse moli di dati risulta critico. Il modello di base per l’analisi logica delle strutture e
l’insieme dei costrutti utili alla rappresentazione dei dati si rifanno al cosiddetto Modello Relazionale.
La filosofia di estrazione delle informazioni è ricondotta alla manipolazione di Tabelle contenenti
istanze di dati ed a semplici prodotti cartesiani.


Abstract
A systematic approach in the project of a database allows to treat information, apparently complex,
in an exhaustive, efficient and effective way. The reference methodologies are now consolidated in
the field of software engineering and they found direct application in different applicative contexts
where the managing and aggregation processes and the analyses of big sets of data are critic. The
base model for the logic analysis of the structures and the set of the constructions useful to data rep-
resentations refer to the so-called Relational Model. The philosophy of information extraction is re-
conducted to the manipulation of Tables containing data instances and to simple Cartesian products.


                                                                                                               91
                                                                   Résumé
                                                                   Une approche systématique dans le projet d’une base de données consent de traiter des informa-
                                                                   tions apparemment complexes de façon exhaustive, efficiente et efficace. Les méthodologies de
                                                                   référence sont désormais consolidées dans le domaine de l’ingénierie du logiciel et trouvent une
                                                                   application directe dans divers contextes d’application, où le procès de gestion, d’agrégation et d’a-
                                                                   nalyse de grosses masses de données résulte être critique. Le modèle de base pour l’analyse
                                                                   logique des structures et l’ensemble des sens utiles à la représentation des données se réfèrent au
                                                                   soi-disant Modèle Relationnel. La philosophie d’extraction des informations est reconduite à la mani-
                                                                   pulation de Tableaux contenant des instances de données et à de simples produits cartésiens.


                                                                   Zusammenfassung
                                                                   Eine systematische Haltung in der Vorbereitung einer Datenbank ermöglicht es, scheinbar komple-
                                                                   xe Informationen auf eine komplette, leistungsfähige und wirksame Art und Weise zu behandeln. Die
                                                                   Bezugsmethodologien sind seit langem im Rahmen des Software-Engineering bekannt und finden
                                                                   direkte Anwendung in verschiedenen Situationen, in denen der Prozess der Verwaltung, Sammlung
                                                                   und Analyse von einer großen Menge von Daten kritisch ist. Das grundlegende Modell für die logi-
                                                                   sche Analyse der Strukturen und die gesamten Systeme, die zur Darstellung der Daten dienen, stüt-
                                                                   zen sich auf dem sogenannten Verbindungsmodell. Die Philosophie der Entnahme der
                                                                   Informationen basiert auf der Verwendung von Tabellen mit Daten und von einfachen kartesiani-
                                                                   schen Produkten.


                                                                   Resumen
                                                                   En este articulo vamos a ver que un enfoque sistemático en el proyecto de una base de datos, con-
                                                                   siente tratar informaciones aparentemente complejas de manera exhaustiva, eficiente y eficaz. Las
                                                                   metodologías de referencia, ya resultan consolidadas en el ámbito de la ingeniería del software y
                                                                   hallan aplicación directa en diferentes contextos para los cuales el proceso de gestión, agregación
L. Colizzi - Progettazione di basi di dati e sistemi informativi




                                                                   y análisis de grandes cantidades de datos resulta ser crítico. El modelo de base para el análisis lógi-
                                                                   co de las estructuras y el conjunto de las construcciones útiles para la representación de los datos
                                                                   remontan al así llamado Modelo Relacional. La filosofía de extracción de las informaciones remon-
                                                                   ta a la manipulación de Tablas que contienen instancias de datos y a simples productos cartesia-
                                                                   nos.


                                                                   htp.vt
                                                                   D cnfnmt gjrfpsdftncz- rfr cbcntvfnbxtcrbq gjl[jl d ghjtrnbhjdfybb ,fps lfyys[- gjpdjkztn
                                                                   j,hf,fnsdfnm rf;toe.cz ckj;yjq byajhvfwb. 'aatrnbdysv- ltqcnde.obv b bcxthgsdf.obv
                                                                   j,hfpjv= Vtnjljkjubb jnyjcbntkmyj fhuevtynf e;t eghjxbkbcm d by;tythyjq j,kfcnb software b
                                                                   yf[jlzn ghzvjt ghbvtytybt d hfpkbxys[ ghbrkflys[ rjyntrcnf[- ult ghjwtcc eghfdktybz- cjtlbytybz
                                                                   b fyfkbpf vfcinf,yjuj rjkbxtcndf lfyys[ jrfpsdftncz rhbnbxtcrbv= <fpjdjq vjltkm. lkz kjubxtcr-
                                                                   juj fyfkbpf cnherneh bkb d wtkjv rjycnherwbq gjktpys[ lkz ghtlcnfdktybz lfyys[ cnfyjdbncz nfr
                                                                   yfpsdftvfz Jnyjcbntkmyfz vjltkm= Abkjcjabz bpdktxtybz byajhvfwbb cdjlbncz r vfybhekbhjdfyb.
                                                                   Nf,kbwfvb- cjlth;fobvb bycnfywbb lfyys[ b r ghjcnjve rfhntpbfycrjve ghjlerne=




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