CARTOGRAFIA DIGITALE CONTENUTI PRINCIPALI. Corso Aineva 2C-2D Aosta, 19 giugno 2008 Luca Bincoletto

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1 CARTOGRAFIA DIGITALE CONTENUTI PRINCIPALI Corso Aineva 2C-2D Aosta, 19 giugno 2008 Luca Bincoletto

2 Contenuti principali L informazione territoriale: informazione e sistemi informativi Elementi di cartografia: sistemi di riferimento, rappresentazioni cartografiche, sistemi cartografici di interesse nazionale Cartografia digitale: modelli vector e raster DEM: formati TIN e GRID, derivazione da CTRN Prodotti generalmente disponibili nelle regioni Prodotti principali derivabili dal DEM

3 CARTOGRAFIA DIGITALE L INFORMAZIONE TERRITORIALE Corso Aineva 2C-2D Aosta, 19 giugno 2008 Luca Bincoletto

4 L informazione Organizzazione: insieme di risorse organizzate per conseguire specifici obiettivi Informazione: insieme dei dati utilizzati per uno scopo, spesso i due termini (informazione e dato) si utilizzano senza distinzione Sistema informativo: componente di una organizzazione ed è costituito dall informazione di interesse e dall apparato tecnologico ed organizzativo che gestisce l informazione stessa Gestione dell informazione: acquisizione, elaborazione, utilizzo e rendere disponibile flusso dell informazione ELABORAZIONE DISPONIBILITA INFORMAZIONE ACQUISIZIONE UTILIZZAZIONE

5 Componenti del sistema informativo SISTEMA INFORMATIVO INFORMAZIONE TECNOLOGIA CONTESTO ORGANIZZATIVO

6 Componenti del sistema informativo CONTESTO ORGANIZZATIVO Ambiente (settore, quadro politico) Culture, strutture e processi di management Strategie Risorse umane TECNOLOGIA Insieme degli strumenti utilizzati per gestire l informazione

7 Il sistema informatico TECNOLOGIA INFORMATICA SISTEMA INFORMATICO SISTEMA INFORMATIVO SISTEMA INFORMATICO Il sistema informatico è un sottoinsieme del sistema informativo

8 L informazione territoriale INFORMAZIONE SPAZIALE NON SPAZIALE TERRITORIALE NON TERRITOR. Informazione non spaziale: non è riferibile ad una posizione o ad oggetti nello spazio Informazione spaziale: descrive geometricamente (forma e dimensione) gli oggetti (es. un disegno meccanico) Informazione territoriale o geografica: descrive e colloca gli oggetti del mondo reale (es. le rappresentazioni cartografiche)

9 L informazione territoriale INFORMAZIONE TERRITORIALE COMPONENTE SPAZIALE COMPONENTE NON SPAZIALE (ATTRIBUTI) Componente spaziale: posizione, forma, dimensioni, proprietà topologiche Componente non spaziale: dati descrittivi (attributi) associati alla componente spaziale

10 L informazione territoriale INFORMAZIONE TERRITORIALE DI BASE TEMATICA Informazione territoriale di base: indispensabile per tutti gli usi (es. reti geodetiche, elementi naturali ed artificiali del territorio, confini) Informazione territoriale tematica : specializzata in funzione dell uso (ambientale, catastale, pianificazione)

11 L informazione territoriale Contenuto informativo Accuratezza tematica Accuratezza posizionale Accuratezza temporale Scala Contenuto informativo: indica la densità e grado di classificazione dell informazione Accuratezza: misura di quanto la rappresentazione della realtà si avvicina alla realtà stessa

12 Il sistema informativo territoriale SISTEMA INFORMATIVO TERRITORIALE INFORMAZIONE anche TERRITORIALE TECNOLOGIA CONTESTO ORGANIZZATIVO

13 Il software GIS SOFTWARE GIS TECNOLOGIA INFORMATICA SISTEMA INFORMATICO SISTEMA INFORMATIVO TERRITORIALE SISTEMA INFORMATICO TECNOLOGIA INFORMATICA GIS Il software GIS è un componente della tecnologia informatica ed ha la funzione di supportare la gestione dell informazione territoriale

14 CARTOGRAFIA DIGITALE ELEMENTI DI CARTOGRAFIA Corso Aineva 2C-2D Aosta, 19 giugno 2008 Luca Bincoletto

15 Cartografia Definizione della Cartografia Scienza che studia le modalità per la rappresentazione di una porzione della superficie terrestre sul piano Si può effettuare una rappresentazione di una superficie su di un'altra quando si stabilisce una corrispondenza biunivoca tra i punti omologhi delle due superfici

16 Le figure della terra Topografia della superficie terrestre: contorno solido e liquido della Terra non idoneo alla costruzione di un modello virtuale se non attraverso algoritmi di lisciamento Geoide: superficie fisica equipotenziale del campo della gravità Ellissoide di rotazione terrestre o sferoide: figura geometrica che approssima la superficie terrestre reale

17 Ellissoide di rotazione terrestre e geoide Geoide: superficie di livello equipotenziale definita dal campo di gravità, che passa per il punto medio marino di un prescelto luogo della terra Ellissoide terrestre: superficie geometrica generata dalla rotazione di un ellisse meridiana attorno al proprio asse minore coincidente con l asse di rotazione terrestre

18 Il geoide

19 L ellissoide: parametri e sistema di coordinate ellissoidiche

20 Geoide ed ellissoide

21 Geoide ed ellissoide: separazione

22 Ellissoide e geoide: superfici di riferimento Planimetria: superficie di riferimento geometrica data dall ellissoide di rotazione (Lat-Lon) Altimetria: superficie di riferimento fisica del campo gravitazionale data dal geoide (quota)

23 Il sistema di riferimento geocentrico WGS84 Origine delle coordinate del sistema coincidente con il centro di massa della Terra Asse delle Z diretto verso il Polo Nord terrestre (CPT) convenzionale definito al 1984 Asse delle X risulta intersezione del piano meridiano origine zero passante per Greenwich al 1984 con il piano equatoriale associato al CPT Asse delle Y completa la terna ortogonale destrorsa giacendo sul piano equatoriale predetto a 90 ad Est dell'asse X

24 Il sistema di riferimento geocentrico WGS84 Alcuni utilizzi del sistema di riferimento geocentrico WGS84: riferimento del sistema GPS riferimento intermedio nelle trasformazioni di coordinate tra due sistemi di riferimento generici nella gestione delle informazioni territoriali digitali

25 Alcuni termini cartografici Applicabilità tra superfici Si può rappresentare una superficie su di un piano soltanto quando essa è sviluppabile su di esso, cioè quando può esservi adagiata senza che si verifichino rotture o sovrapposizioni, allungamenti o contrazioni. Sono così reciprocamente sviluppabili il cono, il cilindro ed il piano Centro della proiezione o centro della carta origine delle coordinate Il meridiano da cui hanno origine le longitudini è definito meridiano centrale Scala di riduzione Non è possibile rappresentare sul piano la superficie terrestre nella sua vera grandezza, diviene necessario ricorrere ad una riduzione delle sue dimensioni nel rapporto 1/W Orientamento dell ellissoide Vincolare l ellissoide al geoide. L ellissoide è reso tangente al geoide in un punto predefinito (punto di emanazione) e vincolato lungo una direzione (azimut)

26 Alcuni termini cartografici Approssimazione grafica Distanza corrispondente alla minima distanza apprezzabile sulla carta accuratezza posizionale Errore di graficismo Dipende dall acuità visiva e dalla distanza della visione distinta per cui, nelle condizioni normali, esso corrisponde mediamente ad un quinto di millimetro, e cioè a 0,2 mm grafici Scala 1: : : : :5.000 Approssimazione grafica 20 m 10 m 5 m 2 m 1 m

27 Classificazione delle rappresentazioni cartografiche Classificazione secondo la scala Planisferi: senza soluzione di continuità tutta la superficie terrestre; Mappamondi: superficie terrestre in due emisferi Carte geografiche: grande estensione della superficie terrestre a piccolissima scala fino a 1: Carte corografiche: parte della superficie terrestre a piccola scala da 1: a 1: Carte topografiche: parte della superficie terrestre a media scala da 1: a 1: IGM Carte tecniche: parte della superficie terrestre alle scale 1: ed 1:5.000 CTR Mappe: parte della superficie terrestre a grande scale da 1:4.000 a 1:1.000 Piani o piante: parte della superficie terrestre a grandissima scala da 1:500 a valori maggiori

28 Classificazione delle rappresentazioni cartografiche Classificazione secondo le finalità carte generali o di base: informazioni metriche e descrittive della superficie terrestre di interesse generale Esempi: cartografia IGM e CTR carte tematiche: informazioni specifiche su circoscritti fenomeni di particolare interesse Esempi: uso del suolo, catasto valanghe, CLPV e PZEV

29 Classificazione delle rappresentazioni cartografiche Classificazione in base alle deformazioni cartografiche Carte isogoniche o conformi: gli angoli risultano inalterati e, per conseguenza, viene conservata la similitudine tra le corrispondenti figure infinitesime dell'ellissoide e del piano Carte equivalenti: vengono conservate le aree Carte afilattiche: non vengono conservate né aree né angoli. Esse non rappresentano comunque una classe ben definita, poiché includono di fatto anche le rappresentazioni che presentano deformazioni molto contenute Carte equidistanti: quando il rapporto tra le lunghezze viene conservato costante per alcune linee

30 Rappresentazioni conformi comuni Proiezione diretta di Mercatore Rappresentazione conforme di Gauss o trasversa di Mercatore Proiezione diretta di Mercatore Rappresentazione conforme di Gauss

31 Fattore di correzione modulo di deformazione lineare nella rappresentazione di Gauss: variabile da 1 (λ=0 ) a (λ=±3 ) fattore di correzione = : riduce le deformazioni massime variando il modulo di deformazione lineare da (λ=0 ) a ( λ=±3 ) operazione che può essere assimilata ad una contrazione del diametro del cilindro che viene reso secante alla sfera

32 Reticolato chilometrico il sistema di riferimento cartesiano è di più semplice utilizzo rispetto al sistema di coordinate sferico Lat-Lon il reticolato chilometrico è un sistema di riferimento cartesiano introdotto nella rappresentazione di Gauss asse X coincidente con la rappresentazione dell equatore ed è definito E (Est) asse Y coincidente con la rappresentazione del meridiano centrale ed è definito N (Nord) Generalmente l asse E è traslato per non incorrere in valori negativi, generando la falsa origine

33 Sistemi cartografici Rappresentazione cartografica: proiezione della superficie terrestre su un piano Datum: modello della superficie terrestre costituito da un ellissoide orientato (punto di emanazione) Sistema cartografico: insieme costituito dalla seguente coppia Datum - Rappresentazione cartografica

34 Sistemi cartografici di interesse nazionale Il sistema UTM (ED50) Il sistema nazionale Gauss-Boaga (Roma40) Il sistema catastale italiano

35 Sistemi cartografici di interesse nazionale Il sistema UTM (ED50) European Datum 1950 Ellissoide Internazionale (Hayford 1909) a = s = 1/297 orientamento medio europeo origine delle longitudini Greenwich Rappresentazione cartografica Universale Trasversa di Mercatore (UTM) 2 sistemi di interesse nazionale: - Fuso 32 (meridiano centrale 9 ), falsa origine E=5 00 km - Fuso 33 (meridiano centrale 15 ), falsa origine E= 500 km Fattore di scala:

36 Il sistema UTM sistema globale 60 fusi di 6 di longitudine (1-60) 20 fasce di 8 di latitudine (C-X) 1200 zone (intersezione tra fusi e fasce) falsa origine E = 500 km Fattore di scala =

37 Sistemi cartografici di interesse nazionale Il sistema Gauss-Boaga Datum post 1940 o Roma40 Ellissoide Internazionale (Hayford 1909) a = s = 1/297 Orientamento Roma (M.Mario) ϕ = ,51 λ = 0 ( ,40 Est da Greenwich) azimut M.Soratte α = ,88 Rappresentazione cartografica Conforme di Gauss-Boaga (concettualmente identica alla rappresentazione di Gauss) 2 sistemi: - Fuso Ovest (meridiano centrale 9 ), falsa origine E =1500 km - Fuso Est (meridiano centrale 15 ), falsa origine E= 2520 km Fattore di scala:

38 Il sistema Gauss-Boaga sistema nazionale 2 fusi di 6 di longitudine (Est-Ovest) false origini: fuso Ovest E = 1500 km, fuso Est E = 2520 km fattore di scala =

39 Sistemi cartografici di interesse nazionale Il sistema catastale italiano Datum Ellissoide di Bessel ( ) a = ,16 s = 1/299 Orientamento Genova IIM azimut M. Telegrafo Rappresentazione cartografica Cassini-Soldner 31 grandi sistemi ed 800 minori

40 CARTOGRAFIA DIGITALE CARTOGRAFIA DIGITALE Corso Aineva 2C-2D Aosta, 19 giugno 2008 Luca Bincoletto

41 Modelli spaziali e primitive

42 Modelli spaziali e primitive Punti Linee Aree Pixel MODELLAZIONE VECTOR MODELLAZIONE RASTER

43 Le primitive geometriche vettoriali: il punto PARTE GEOGRAFICA O COORDINATE Y X PARTE DESCRITTIVA O ATTRIBUTI ATTRIBUTI Un oggetto del mondo reale si può modellare con l entità punto se: è semanticamente un punto è un punto alla scala a cui si opera è un punto per l applicazione che ci proponiamo

44 Le primitive geometriche vettoriali: il punto La vetta di un monte: semanticamente un punto

45 Le primitive geometriche vettoriali: il punto Un centro abitato: a scala adeguata è modellabile con un punto

46 Le primitive geometriche vettoriali: la linea X1 X2 X3 Y1 Y2 Y3 ATTRIBUTI X1,Y1.. Xn Yn Xn,Yn Un oggetto del mondo reale si può modellare con l entità linea se: è semanticamente una linea è una linea alla scala a cui si opera è una linea per l applicazione che ci proponiamo

47 Le primitive geometriche vettoriali: la linea La linea di costa: semanticamente una linea

48 Le primitive geometriche vettoriali: la linea Una strada: a scala adeguata è modellabile con una linea

49 Le primitive geometriche vettoriali: l area X1 X2 Y1 Y2 ATTRIBUTI X3 Y3.. X1,Y1 X1 Y1 Un oggetto del mondo reale si può modellare con l entità area se: è semanticamente un area

50 Le primitive geometriche vettoriali: l area La superficie marina: semanticamente un area

51 Modelli spaziali e primitive Punti Linee Aree Pixel MODELLAZIONE VECTOR MODELLAZIONE RASTER

52 Modellazione raster dello spazio Tassellazione dello spazio: divisione dello spazio in aree regolari o irregolari senza buchi e senza sovrapposizioni GRID: tassellazione regolare dello spazio costituisce il modello spaziale GRID unità informativa elementare si chiama pixel Pixel: minima unità di informazione di un modello GRID o di un immagine rasterizzata

53 Modellazione raster dello spazio Caratteristiche generali di un oggetto raster per fini geografici: numero di righe numero di colonne dimensione del pixel riferito ad un sistema di coordinate geografiche (georiferito)

54 Modellazione raster dello spazio: tipologie di raster Raster fisico Ogni pixel indica una misura di un parametro fisico effettuata in una porzione di territorio Es. immagini telerilevate, DEM

55 Modellazione raster dello spazio: tipologie di raster Raster classificato Ogni pixel è associato ad un valore simbolico, il cui significato è da ricercarsi all itnerno di una legenda predefinita una misura di un parametro fisico effettuata in una porzione di territorio Es. raster della copertura del suolo

56 Modellazione raster dello spazio: tipologie di raster Raster cartografico Generato dalla scansione di un documento cartografico cartaceo

57 CARTOGRAFIA DIGITALE DEM Corso Aineva 2C-2D Aosta, 19 giugno 2008 Luca Bincoletto

58 Definizione di DEM DEM Generalità rappresentazione digitale tridimensionale di una porzione della superficie terrestre generalmente ottenuto dall interpolazione spaziale di un numero arbitrario di punti distribuiti nello spazio tridimensionale DEM Vs Metodi tradizionali di rappresentazione della morfologia Mediante i metodi classici di rappresentazione della morfologia del terreno quali curve di livello e punti quotati, l informazione altimetrica esiste solo nei punti appartenenti alle curve di livello o nel punto in cui insiste il punto quotato Mediante i DEM l informazione altimetrica esiste in ogni punto dell area di interesse

59 DEM Dati di base Dati di base per la produzione di DEM I dati necessari per la produzione di un DEM sono punti isolati dotati di quota (mass points) e linee di rottura della pendenza (break lines) costituite da vertici dotati di quota. Nel seguito le due entità puntiformi (mass point e vertici delle break line) saranno individuate genericamente come punti dotati di quota. La moderna cartografia digitale 3D risulta essere attualmente la fonte di tale tipologia di dati più diffusa.

60 DEM TIN TIN (Triangular Irregular Network) Formato per DEM Algoritmo di interpolazione spaziale lineare (triangolazione di Dealunay) Triangolazione di Delaunay sistema di triangoli costruito in modo tale da garantire che in ogni cerchio che inscrive uno di tali triangoli siano compresi solo i punti dotati di quota che definiscono il triangolo stesso ad ogni triangolo è associata pendenza ed esposizione in ogni punto interno ad un triangolo è possibile calcolare la quota Molti software permettono di inserire il vincolo che i triangoli non possano contenere break line ovvero queste coincidano sempre con lati di triangoli

61 DEM TIN

62 GRID DEM GRID Modello di formato generico per DEM matrice di celle rettangolari (in genere quadrate) in cui ad ogni cella è assegnato un valore di quota ottenuto direttamente dall interpolazione spaziale oppure derivato da un DEM in formato TIN

63 TIN GRID DEM TIN GRID la trasformazione avviene per sovrapposizione di una griglia generalmente a maglia quadrata valore di quota assunto da ogni punto appartenente ad una determinata cella è pari al valore assunto dal TIN nel punto omologo al baricentro della cella stessa al diminuire delle dimensioni dimensioni della maglia, si ha una riduzione dell errore di discretizzazione ed un aumento delle dimensioni del file, che nel caso di maglia quadrata è pari al quadrato del rapporto tra le dimensioni antecedente e successiva all incremento

64 DEM Flusso di lavoro DEM da cartografia digitale 3D Flusso di lavoro Definizione del livello massimo di precisione del DEM in funzione delle caratteristiche della cartografia Estrazione dei livelli informativi relativi all altimetria e dei livelli informativi ausiliari in funzione dell utilizzo finale del DEM Generazione del TIN Conversione del TIN in Grid con dimensioni delle celle in funzione del livello massimo di precisione e dell utilizzo finale del DEM

65 DEM Cartografia numerica DEM a finalità idrologiche ed affini Cartografia numerica Dall esperienza maturata, i dati di base utilizzabili nella generazione dei DEM a finalità idrologiche ed affini sono i livelli di CTRN scala 1:5.000 e CRN scala 1: relativi a: 1. Orografia Punti quotati Isoipse direttrici, intermedie e ausiliarie 2. Idrografia Corsi d acqua Le risoluzioni massime dei DEM in formato GRID ottenibili a partire da tali dati di base sono: 1. 5 m CTRN 1: m CRN 1:25.000

66 DEM GRID 40 m allegato all Ortofoto Digitale IT2000

67 DEM GRID 20 m basato su CRN 1:25.000

68 DEM GRID 5 m basato su CTRN 1:5.000

69 DEM Attendibilità DEM da cartografia digitale Verifica dell attendibilità La verifica di un DEM prodotto a partire dalla CTRN può essere: quantitativa a mezzo del confronto con DEM prodotti con metodologie più accurate, ad es. rilievi LIDAR e rilievi topografici di dettaglio qualitativa a mezzo del confronto diretto sul campo delle microforme colte dal DEM

70 CARTOGRAFIA DIGITALE PRINCIPALI PRODOTTI CARTOGRAFICI DI BASE Corso Aineva 2C-2D Aosta, 19 giugno 2008 Luca Bincoletto

71 Principali prodotti digitali di base di possibile reperimento nelle Regioni Cartografia numerica vettoriale: 1: (CRN) 1: (CTRN) 1:5.000 (CTRN) Cartografia raster: 1: derivata dalla rasterizzazione della corrispondente versione CRN 1: ed 1:5.000 derivate dalla scansione della corrisponcente versione cartacea o rasterizzazione della corrispondente versione CTRN Ortofoto: IT2000 (risoluzione 1 m) IT2003 (risoluzione 0.5 m) DEM: allegato ad IT2000 o IT2003 (risoluzione 40 m) derivato dalla cartografia numerica (risoluzione variabile 5-20 m) derivato da rilievi LIDAR (risoluzione variabile m)

72 Designazione degli oggetti cartografici I limiti degli oggetti cartografici sono basati sul taglio geografico del foglio 1: IGM La designazione avviene mediante un codice alfanumerico XXXYYZZ e/o designazione toponomastica-scala le prime 3 cifre XXX designano il foglio 1: la quarta e quinta cifra YY (da 01 a 16) con la terza cifra Z posta 0, designano la sezione 1: la sesta cifra Z (da 1 a 4) designa la posizione dell elemento 1:5.000 Nota: le ortofoto della serie IT200X sono tagliate in base alle sezioni (1:10.000)

73 Designazione degli oggetti cartografici Ogni oggetto cartografico è associato ad un valore toponomastico Nel caso di designazione mediante toponomastica deve essere definita anche la scala Elementi 1:5.000 Sezioni 1:10.000

74 Dimensioni degli oggetti cartografici Oggetto cartografico Foglio 1: Dimensioni Lon- Lat Dimensioni E-N (valori variabili ed approssimati) 25600m m Tavoletta 1: Sezione 1: m m 6400m 5600 m Elemento 1: m 2800 m

75 CARTOGRAFIA DIGITALE PRODOTTI DERIVATI DAL DEM Corso Aineva 2C-2D Aosta, 19 giugno 2008 Luca Bincoletto

76 Principali prodotti derivabili dal DEM Profili e sezioni Cartografia delle inclinazioni ( ) e pendenze (%) Cartografia delle esposizioni Cartografia delle curvature Rappresentazione 3D Calcoli di volumi Delimitazione di bacini Analisi di visibilità

77 Curvatura di una linea Cerchio osculatore di una linea in un suo punto P: limite della circonferenza MPN quando M ed N tendono a P R: raggio di curvatura della linea in P C=1/R: curvatura della linea in P Casi particolari: Circonferenza: R = raggio della circonferenza, C = 1/R Retta: R =, C = 1/R = 1/ = 0

78 Curvatura longitudinale (profile curvature) calcolata mediante piani tangenti alla direzione del gradiente valore positivo: concavità valore negativo: convessità

79 Curvatura planare (planar curvature) calcolata mediante piani orizzontali valore positivo: concavità valore negativo: convessità

80 Curvatura tangenziale (tangential curvature) calcolata mediante piani verticali perpendicolari al gradiente valore positivo: concavità valore negativo: convessità

81 Derivazione del DEM dalla cartografia numerica!!! Punti quotati Curve di livello Corso d'acqua!! Meters

82 DEM nel formato TIN Meters

83 DEM nel formato GRID High : 2065 m Low : 548 m ,000 1,500 2,000 Meters

84 GRID SHADE del DEM GRID High : 254 Low : ,000 1,500 2,000 Meters

85 GRID delle INCLINAZIONI ,000 1,500 2,000 Meters

86 GRID delle ESPOSIZIONI Flat (-1) North (0-22.5) Northeast ( ) East ( ) Southeast ( ) South ( ) Southwest ( ) West( ) Northwest ( ) North ( ) ,000 1,500 2,000 Meters

87 GRID della CURVATURA PLANARE High : Low : ,000 1,500 2,000 Meters

88 Esempio di incrocio tra GRID: GRID delle aree a quota > 1000 m h < 1000 m h > 1000 m ,000 1,500 2,000 Meters

89 Esempio di incrocio tra GRID: GRID delle aree con inclinazione compresa tra 30 e 60 i < 30 & > 60 i > 30 & < ,000 1,500 2,000 Meters

90 Esempio di incrocio tra GRID: GRID delle aree a quota > 1000 m e con inclinazione compresa tra 30 e 60 h<1000 m & i<30 & i>60 h>1000 m & i= ,000 1,500 2,000 Meters

91 Grazie per la cortese attenzione Negli studi territoriali, la moderna tecnologia fornisce importanti ausili, ma non si deve dimenticare l importanza di camminare sopra il territorio in esame