Relatore: Giovanni Telesca

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1 Potenza 15/10/2009

2 La necessità di gestire grandi volumi di informazioni, provenienti da molteplici fonti e organizzati secondo sistemi di georeferenziazione diversi per caratteristiche e accuratezza, rende imprescindibile la trasformazione di tali dati in modo da esprimerli su una medesima base cartografica riconducendoli al medesimo sistema di georeferenziazione.

3 DATI GEOGRAFICI possono provenire da svariate fonti e la loro produzione è legata all utilizzo di strumenti tecnici di vario genere. scannerizzazione digitalizzazione input da tastiera e mouse telerilevamento fotografia aerea

4 DATI ATTRIBUTO possono provenire da svariate fonti (censimenti, anagrafe, campagne di rilevamento, indagini di settore, ricerche, archivi di vario genere, ecc.). Si tratta in prevalenza di dati numerici e alfanumerici memorizzati sotto forma di tabelle ma possono essere anche documenti complessi che prevedono l integrazione di immagini e suoni.

5 INTEGRAZIONE TRA DATI SPAZIALI E DATI ATTRIBUTO

6 Sistemi di riferimento

7 Cos è un sistema di riferimento? Cos è un sistema di riferimento? Un sistema di riferimento (SR) è un insieme di regole e misure per la determinazione delle posizioni spazio temporali di un qualsiasi punto sulla Terra.

8 La forma della terra La Terra somiglia molto ad una sfera, ma in realtà non lo è, considerarla tale porterebbe ad un approssimazione che in alcuni casi è accettabile, ma in altri risulta troppo grossolana. La Terra ruotando su se stessa, fa si che tutti i corpi che si trovano sulla superficie sono soggetti all'azione della forza centrifuga. Questa è una forza che agisce in direzione perpendicolare all'asse di rotazione ed è diretta verso l'esterno. Il suo valore aumenta via via che ci si allontana dall'asse e cresce con l'altitudine e diminuisce con la latitudine. Essa è nulla ai poli, essendo questi ultimi situati sull'asse di rotazione ed è massima all'equatore dove si ha che la distanza dall'asse di rotazione risulta essere massima.

9 La forma della terra La forza centrifuga, contribuisce a determinare lo schiacciamento polare e il rigonfiamento equatoriale e contrasta parzialmente la forza di attrazione gravitazionale Per descrivere l esatta posizione di un punto sulla superficie terreste ci si riferisce, pertanto, a modelli geometrici che possano essere trattati matematicamente in fase di produzione cartografica

10 La forma della terra IL GEOIDE I geodeti assumono come superficie matematica della Terra il geoide, ovvero la superficie perpendicolare alle linee di forza del campo gravitazionale. Ne esistono infinite di tali superfici. Per l Italia venne scelta quella passante per un determinato punto fisico costituito del livello medio del mare in un punto del porto di Genova.

11 La forma della terra L ELLISSOIDE DI ROTAZIONE Nonostante il geoide abbia un preciso significato fisico, esso non può essere preso come superficie di passaggio tra la superficie fisica della Terra ed il piano della proiezione a causa dell eccessiva complessità matematica nel definire l equazione che lo govera. Al suo posto viene considerato l ellissoide di rotazione. Per definire la forma di un ellissoide vengono dati alcuni parametri fondamentali come il semiasse maggiore (a) e l eccentricità (e^2). Nel corso degli anni diversi ellissoidi sono stati definiti ed utilizzati per la definizione dei sistemi di riferimenti. Il sistema nazionale italiano e il sistema GPS adottano due differenti ellissoidi.

12 Misura di quanto l orbita devia da un cerchio

13 COMPOSIZIONE DI UN SISTEMA GEODETICO - CARTOGRAFICO DATUM GEODETICO ELLISSOIDE ORIENTAMENTO Caratteristiche necessarie per definire un sistema di RIFERIMENTO GEODETICO - CARTOGRAFICO RETI DI INQUADRAMENTO ASSOCIATE EPOCA DETERMINAZIONE TIPO SISTEMI CARTOGRAFICI ASSOCIATI PROIEZIONE ZONE DI VALIDITA

14 Si definisce DATUM geodetico un sistema di riferimento che permette di esprimere in termini matematici la posizione di punti della superficie fisica della Terra o prossimi ad essa. Un datum è quindi definito da un ellissoide che approssima la forma della terra e dalla posizione relativa dello stesso rispetto al centro della terra E' possibile definire un datum in diversi modi; va però subito osservato che la definizione ha carattere convenzionale, e nella pratica è legata a una serie di punti materializzati sulla superficie terrestre, che costituiscono una RETE DI INQUADRAMENTO ai quali vengono attribuiti determinati valori delle coordinate (tale operazione costituisce la cosiddetta realizzazione del datum). A OGNI DATUM è ASSOCIATA UNA RETE DI INQUADRAMENTO ASSOCIATA

15 A seconda dei valori dei semiassi e delle eccentricità si possono avere diversi ellissoidi. Nel tempo sono stati utilizzati innumerevoli ellissoidi di riferimento ciascuno adatto ad approssimare una particolare porzione della superficie terrestre

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22 DATUM GEODESIA CLASSICA: DATUM LOCALI Utilizzo dell ellissoide a orientato localmente a seconda del territorio in studio (approssima il geoide solo in un intorno del punto di emanazione) DATUM GEODETICI GEODESIA SATELLITARE: DATUM GLOBALI Utilizzo dell ellissoide geocentrico valido per tutto il mondo (approssima il geoide nel complesso) DATUM ALTIMETRICI Utilizzo del geoide per definire le quote altimetriche (altezza geoidica)

23 DATUM Datum locali vengono utilizzati nella rappresentazione di parti ristrette della terra (nazioni) per garantire una migliore approssimazione locale. L ellissoide tende a sovrapporsi al geoide I ellissoide che utilizza il SISTEMA NAZIONALE è lo stesso che utilizza il sistema ED50 solo che sono orientati in maniera diversa. S.N. ellissoide : Internazionale (Hayford) Orientamento: Roma M.Mario 1940 ED50 ellissoide : Internazionale (Hayford) Orientamento: Medio europeo 1950

24 DATUM Nella geodesia satellitare (attualmente basata principalmente sul sistema GPS) si utilizzano datum geodetici di tipo globale, validi cioè per tutto il mondo; si differenziano in questo da quelli della geodesia classica, che come si è visto avevano validità locale, anche se a volte per zone molto grandi.

25 DATUM

26 DATUM

27 DATUM DATUM ALTIMETRICO Misura di quanto l orbita devia da un cerchio

28 DATUM

29 ASSEGNATO UN DATUM GEODETICO (ELLISSOIDE DI RIFERIMENTO) su di esso è possibile esprimere la posizione di un punto mediante diversi sistemi di coordinate

30 Sistemi di Coordinate Sistemi riferimento, costituiti da un insieme punti, linee e/o superfici oltre ad un insieme di regole, usati per definire la posizione di punti nello spazio in due o tre dimensioni Coordinate geografiche ellissoidiche PRINCIPALI SISTEMI DI COORDINATE Coordinate cartesiane geocentriche o ellissocentriche Coordinate cartesiane locali (euleriane) Coordinate geodetiche polari - ortogonali

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36 ASSEGNATO UN DATUM GEODETICO (ELLISSOIDE DI RIFERIMENTO) ASSEGNATO UN SISTEMA DI COORDINATE SPAZIALI (3D) OGNI PUNTO DELL ELLISSOIDE APPARTIENE AL SISTEMA DI RIFERIMENTO 3D

37 IL PROBLEMA DELLE COORDINATE SFERICHE Il sistema latitudine/longitudine è poco pratico per piccole distanze. La lunghezza di un arco non è costante. La rappresentazione cartografica è tipicamente planare e non sferica. Come trasformare le coordinate sferiche in piane? CON LE PROIEZIONI GEOGRAFICHE

38 SI PUÒ PENSARE, COME ESEMPIO AD UNA FONTE LUMINOSA POSIZIONATA AL CENTRO DEL GLOBO CHE PROIETTA LA LUCE ATTRAVERSO LA SUPERFICIE TERRESTRE SUL PIANO DI PROIEZIONE map earth s surface q

39 La creazione di una carta geografica bi-dimensionale a partire dalla superficie tri-dimensionale della terra necessita di una trasformazione matematica che prende il nome di proiezione cartografica Tale processo consiste nel mettere in relazione matematica le coordinate geografiche sull ellissoide con le coordinate planari della carta

40 Durante il processo di proiezione dei dati reali su un foglio di carta sono introdotti inevitabilmente degli errori. Anche i più accurati sistemi di proiezione comportano distorsioni di almeno una delle caratteristiche geografiche: forma, area, angoli, direzione, distanza. Per ridurre al minimo lo scarto fra due superfici è necessario: rinunciare a riprodurre contemporaneamente tutta la superficie della terra limitare la riproduzione a singole porzioni di territorio, ed adottando per esse, di volta in volta, i sistemi di maggior efficacia.

41 Fra le tante proiezioni esistenti, nessuna proiezione è perfetta, e occorre scegliere fra ciò che si vuole conservare corretto e ciò che si può accettare di deformare. Questa scelta è d ordine pratico e dipende dall utilizzo che si dovrà fare della carta. Esempio: per orientarsi con la bussola, occorrono carte che conservino le direzioni.

42 Tipi di carta geografica rispetto alle proiezioni Isogonica o conforme: quando conserva sulla carta gli angoli che una data direzione forma con i meridiani e i paralleli. TIPOLOGIE DI CARTE GEOGRAFICHE Equidistante: quando le distanze della carta sono proporzionali a quelle corrispondenti sulla sfera terrestre.. Equivalente: quando sono proporzionali le superfici. Afilattica: quando vengono minimizzati, ma non eliminati, tutti e tre i tipi di deformazione.

43 Tipi di proiezioni PROIEZIONI PURE O VERE seguono fedelmente i principi della geometria proiettiva. TIPOLOGIE DI PROIEZIONI PROIEZIONI DI SVILUPPO adottano superfici ausiliarie cilindriche o coniche e poi vengono sviluppate

44 PROIEZIONI VERE O PURE Si supponga un globo sferico trasparente che riproduca in scala la terra (mappamondo) si immagini ora di scegliere un punto di vista opportuno (Centro di proiezione) posto al centro della terra, al polo, o all infinito. Si conducano da questo centro i raggi visuali su tutti i punti della superficie del globo. I punti d intersezione di questi raggi con una superficie piana, convenientemente scelta, determinano una rappresentazione cartografica; così facendo si è in grado di tracciare il reticolo dei meridiani e dei paralleli.

45 PROIEZIONI DI SVILUPPO Si ottengono dalla proiezione di elementi reali su una superficie curva che sia sviluppabile su un piano senza deformarsi. Il centro di proiezione è il centro del globo ma il piano di proiezione viene sostituito da un solido geometrico quale il cilindro o il cono. Nella proiezione cilindrica la superficie sferica del globo viene proiettata su un cilindro verticale che fascia il globo stesso (tangenza tra i due solidi all equatore), o su un cilindro orizzontale (tangenza dei due solidi su un meridiano e sul suo antimeridiano). Nel caso della proiezione conica il globo risulta idealmente avvolto da un cono il cui asse coincide con l asse terrestre. Questi tipi di proiezione possono non rispettare le regole della geometria proiettiva; nel quale caso alcuni parametri vengono variati matematicamente per ridurre le deformazioni inserite nella proiezione stessa.

46 Nell attuale cartografia i sistemi di proiezione più in uso sotto l aspetto topografico sono: rappresentazione diretta di Mercatore rappresentazione trasversa di Mercatore o di Gauss

47 Proiezione cilindrica diretta di Mercatore Il primo tipo di carta che adotta un metodo di taglio matematico, è la rappresentazione diretta di Mercatore che rispetta gli angoli fra meridiani e paralleli. Meridiani e paralleli sono segmenti di retta che si intersecano ortogonalmente. I meridiani sono regolarmente equidistanti mentre lo spazio fra i paralleli aumenta con la latitudine; questo è dovuto al fatto che si tratta di una rappresentazione in cui il centro di proiezione è virtualmente posto al centro della sfera di cui si proietta l immagine su di un cilindro verticale tangente alla sfera stessa. Mentre i meridiani, proiettati dal centro sono equidistanti, i paralleli si distanziano procedendo dall equatore verso i poli; una carta di questo tipo conserva l angolo fra qualsiasi elemento della superficie e i meridiani, e pertanto è una proiezione veramente conforme mentre le superfici si deformano sempre più con l avvicinarsi ai Poli. I limiti di questa proiezione sono da riscontrarsi nella impossibilità di restituire in carta i Poli e le regioni circumpolari; le regioni di maggiori latitudini sono graficamente dilatate rispetto a quelle di latitudini basse.

48 Proiezione cilindrica diretta di Mercatore

49 Proiezione cilindrica inversa di Mercatore o di Gauss Si può immaginare come derivata dalla proiezione dei punti dal centro dell ellissoide di riferimento su un cilindro tangente ad un meridiano, detto meridiano centrale. Viene usato il termine rappresentazione di Gauss invece di proiezione in quanto il risultato è ottenuto più per via matematico-analitica che geometrica. È una proiezione pseudocilindrica (analiticamente modificata) con asse del cilindro nel piano equatoriale, per cui si possono utilizzare infiniti cilindri diversi, tangenti agli infiniti meridiani che si possono tracciare sul globo. La cartografia di Gauss è conforme, e pertanto gli angoli misurati sulla carta corrispondono perfettamente con i corrispondenti angoli misurati sul terreno; le lunghezze misurate sulla carta sono invece deformate rispetto a quelle misurate sulla superficie di riferimento. In questo tipo di proiezione meridiani e paralleli risultano linee curve e le deformazioni che vengono introdotte aumentano progressivamente spostandosi di longitudine, dal meridiano di tangenza verso est e verso ovest. Per limitare le deformazioni, le rappresentazioni cartografiche usualmente utilizzate limitano l estensione del fuso (porzione di ellissoide compresa tra due meridiani) che viene rappresentato in un unico sistema.

50 La CARTA DI GAUSS è un sistema di coordinate piane NORD, EST che associano due funzioni f e g P j N E= g(j,l) P N= f (j,l) l E Dato un generico punto P sull ellissoide di coordinate P (j,l) Le coordinate della sua proiezione P sulla carta di Gauss sono E= g(j,l) N= f (j,l) Le funzioni f e g sono molto complesse e realizzano particolari condizioni

51 RAPPRESENTAZIONE DI GAUSS CONDIZIONI DELLA PROIEZIONE 1 il meridiano origine delle longitudini deve trasformarsi nell asse N 2 l Equatore ellissoidico deve trasformarsi nell asse E 3 un arco di lunghezza m sul meridiano origine deve trasformarsi in un segmento di pari lunghezza 4 un angolo a formato da due direzioni uscenti da un punto sull ellissoide deve mantenersi uguale all angolo formato dalle corrispondenti direzioni riportate sulla carta 5 il coefficiente di deformazione m varia da punto a punto ma è uguale per tutte le direzioni uscenti da un punto

52 P (j,l) j l Le funzioni f e g della proiezione di Gauss E= g(j,l) N= f (j,l) realizzano le condizioni prima esposte proiettando i punti della superficie ellissoidica su un cilindro N O E

53 RIASSUMENDO ASSEGNATO UN DATUM GEODETICO (ELLISSOIDE DI RIFERIMENTO) ASSEGNATO UN SISTEMA DI COORDINATE SPAZIALI (3D) ASSEGNATO IL TIPO DI PROIEZIONE E POSSIBILE DEFINIRE UN SISTEMA DI RAPPRESENTAZIONE PIANA CARTOGRAFICA

54 I PRINCIPALI SISTEMI DI RAPPRESENTAZIONE SONO: U.T.M. GAUSS - BOAGA U.T.M. WGS

55 IL SISTEMA NAZIONALE È IL SISTEMA GAUSS-BOAGA UNIVERSALTRASVERSEMERCATOR Il sistema UTM nasce per risolvere problemi relativi a: UNIFICAZIONE DELLE RETI GEODETICHE NORMALIZZAZIONE DELLE RAPPRESENTAZIONI IL SISTEMA U.T.M. WGS NASCE PER I SISTEMI SATELLITARI

56 RAPPRESENTAZIONE GAUSS - BOAGA

57 RAPPRESENTAZIONE U.T.M.

58 RAPPRESENTAZIONE U.T.M.

59 RAPPRESENTAZIONE U.T.M.

60 RAPPRESENTAZIONE U.T.M.

61 SISTEMI DI RAPPRESENTAZIONE UTILIZZATI IN ITALIA GAUSS- BOAGA U.T.M. U.T.M./WGS

62 PRINCIPALI SISTEMI GEODEDICI E CARTOGRAFICI USATI IN ITALIA

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65 RILEVAZIONE DATI SPAZIALI Prima di cominciare a rilevare un dato bisogna capire in che modo (cioè in quale sistema) questo sarà rappresentato così da impostare lo strumento rilevatore in modo tale da evitare trasformazioni, sia di coordinate che di datum. Il Ministero della Salute per la georeferenziazione delle Aziende, ha scelto il sistema di riferimento avente le seguenti caratteristiche: DATUM WGS84 SISTEMA DI COORDINATE GEOGRAFICHE Lat/Long espresse in gradi decimali SISTEMA DI COORDINATE PIANE UTM WGS84 AL FINE DI FORNIRE UN DATO ESATTO E DI NON ESEGUIRE TRASFORMAZIONI DI DATUM O COORDINATE BISOGNA IMPOSTARE IL RICEVITORE GPS IN MODO DA RISPETTARE I SUDDETTI PARAMETRI

66 RILEVAZIONE DATI SPAZIALI ESEMPIO DI IMPOSTAZIONE SISTEMA DI RIFERIMENTO STRUMENTO UTILIZZATO: GPS Magellan explorist 100 DA MENU PREFERENZA SELEZIONIAMO IL SISTEMA DI COORDINATE E SCEGLIAMO:

67 RILEVAZIONE DATI SPAZIALI ESEMPIO DI IMPOSTAZIONE SISTEMA DI RIFERIMENTO STRUMENTO UTILIZZATO: GPS Magellan explorist 100 DA MENU PREFERENZA SELEZIONIAMO L ORIGINE DELLA MAPPA E CONTROLLIAMO CHE SIA IMPOSTATO SU WGS84:

68 RILEVAZIONE DATI SPAZIALI SETTATO LO STRUMENTO POTREMO LEGGERE IL VALORE DELLA COORDINATA E SUCCESSIVAMENTE INSERIRLO NEL NOSTRO DATABASE GEOGRAFICO I valori di latitudine e longitudine possono essere impostati utilizzando i seguenti formati: I valori di latitudine e longitudine possono essere impostati utilizzando i seguenti formati: Gradi decimali (DDD): in questa notazione la precisione decimale è impostata nella coordinata dei gradi, ad esempio, N. Gradi, minuti e secondi (DMS): in questa notazione la precisione decimale è impostata nella coordinata dei secondi, ad esempio, 49 7'20.06"N. Gradi e minuti con secondi decimali (DMM): in questa notazione la precisione decimale è impostata nella coordinata dei minuti, ad esempio, "N. In questo caso, il valore precedente di 20,06 secondi viene diviso per 3600 per ottenere il valore in minuti decimali per 20,06 secondi.

69 RILEVAZIONE DATI SPAZIALI Se lo strumento lo permette settiamo la restituzione Lat/Long in formato decimale così da poter immettere il valore letto direttamente nel database geografico senza eseguire trasformazioni, altrimenti bisogna eseguire la conversione in decimale

70 RILEVAZIONE DATI SPAZIALI Se lo strumento lo permette settiamo la restituzione Lat/Long in formato decimale così da poter immettere il valore letto direttamente nel database geografico senza eseguire trasformazioni, altrimenti bisogna eseguire la conversione in decimale

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