NOZIONI DI CARTOGRAFIA Tradizionale e Numerica

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1 NOZIONI DI CARTOGRAFIA Tradizionale e Numerica Dott. Alessandro Santucci ANNO ACCADEMICO 2005/06 Università di Pisa Dipartimento di Ingegneria Civile TEMI DEL CORSO LA CARTOGRAFIA I tipi di carte La scala cartografica CARTOGRAFIA IGM I contenuti CARTA TECNICA REGIONALE Modalità di costruzione Il contenuto cartografico LA CARTOGRAFIA DIGITALE LA CTR NUMERICA 2 1

2 LA CARTOGRAFIA Semplifica le realtà e la restituisce mediante un disegno attraverso la geometrizzazione delle sue forme (primitive geometriche) Può essere classificata: IN FUNZIONE DELLA TECNICA: CARTA DISEGNATA: Restituzione mediante un disegno (planimetria) degli elementi rilevati a terra attraverso strumenti topografici o derivanti da fotografie aeree, integrazione con altimetria (punti quotati e curve di livello) FOTOCARTA: ricavata da fotografie aeree proiettando su un piano orizzontale le foto e mantenendo le proprietà prospettiche LA CARTA DISEGNATA CONSENTE LA MISURAZIONE PRECISA DEGLI ELEMENTI (PLANIMETRICI E ALTIMETRICI) MENTRE LA FOTOCARTA NO 3 LA CARTOGRAFIA OrtoFotocarta (a colori): Carta disegnata + Ortofoto 4 2

3 LA CARTOGRAFIA Può essere classificata: IN FUNZIONE DELLA SCALA DI RAPPRESENTAZIONE (rapporto di riduzione ovvero unità di carta/dimensione reale di un oggetto) GRANDE SCALA 1:500, 1:1.000, 1:2.000 MEDIA SCALA 1:5.000, 1: PICCOLA SCALA 1:25.000, 1:50.000, 1: La scala di una carta è tanto più piccola quanto più piccole sono, rispetto alla realtà, le dimensioni di ciò che rappresenta LA SCALA SCELTA DEVE CONSENTIRE DI RAPPRESENTARE ADEGUATAMENTE I FENOMENI ALLO STUDIO 5 LA CARTOGRAFIA Esempi di SCALA della cartografia 6 3

4 LA CARTOGRAFIA Passaggi di SCALA 1: : x2 :2 x2 :2 1: x2,5 :2,5 1:5.000 x2 :2 x2,5 :2,5 1: :2.000 Produzione IGM 7 Produzione CTR LA CARTOGRAFIA CARTE COSTRUITE Costruite nella scala in cui si presentano CARTE DERIVATE Ricavate per riduzione da una scala più grande LE CARTE DERIVATE SONO SEMPRE RICAVATE PER RIDUZIONE DI UNA SCALA PIÙ GRANDE (mai il contrario): infatti INGRANDENDO per esempio UNA CARTA 1: FINO A 1:5.000 NON AUMENTANO LE INFORMAZIONI DISPONIBILI (dettagli) d'altra parte SE LA RIDUZIONE È TROPPO SPINTA, SI RISCHIA DI PERDERE INFORMAZIONI, IN QUESTO CASO E' PREFERIBILE RIDISEGNARE LA CARTA 8 4

5 CARTOGRAFIA DI BASE PER GLI STUDI TERRITORIALI ED URBANISTICI FUNZIONI: Fornire informazioni di tipo qualitativo (esistenza, dimensione e forma degli elementi del sistema rappresentato) Fornire informazioni di tipo metrico (distanza topografica e differenza di quota) Fornire la base cartografica per le CARTE TEMATICHE Costituire la base su cui riportare analisi e progetti urbanistici 9 CARTOGRAFIA DI BASE PER GLI STUDI TERRITORIALI ED URBANISTICI LE PRINCIPALI CARTE USATE IN URBANISTICA CARTOGRAFIA IGM (Istituto Geografico Militare) CARTA TECNICA REGIONALE (CTR) CARTOGRAFIA TEMATICA CARTE CATASTALI 10 5

6 CARTOGRAFIA IGM ASSICURA LA COPERTURA DI TUTTO IL TERRITORIO NAZIONALE con la CARTA D'ITALIA scala 1: (ultimata 1921) Successivamente copertura in scala 1: (50 anni per la stesura) Si compone di: FOGLI (277) in scala 1: QUADRANTI in scala 1: TAVOLETTE in scala 1: CARTOGRAFIA IGM Foglio Tavolette

7 CARTOGRAFIA IGM CONTENUTI PRINCIPALI: SISTEMA NATURALE OROGRAFIA (curve di livello, cime, valli, ecc.) IDROGRAFIA (fiumi e fossi, laghi e mari) COSTE VEGETAZIONE SPONTANEA SISTEMA ANTROPICO Insediamenti Viabilità Infrastrutture tecnologiche Usi agricoli Limiti amministrativi 13 CARTOGRAFIA IGM QUADRO DI UNIONE QUADRANTI IGM 1: (Regione Toscana) 14 7

8 CARTA TECNICA REGIONALE CARTE in SCALA 1: Nasce dall'esigenza di disporre di informazioni aggiornate ad una scala intermedia per l'uso proprio dell'urbanistica e della pianificazione. È REALIZZATA DALLE REGIONI (regionale) È SPECIFICA PER I TECNICI DELLE AMMINISTRAZIONI (da qui il termine tecnica) 15 Come si costruisce una carta tecnica Le informazioni metriche necessarie per la costruzione di una carta con metodo aereofotogrammetrico provengono da due fonti: Fotografie del terreno prese da un aereo Operazioni topografiche che si svolgono sul terreno 16 8

9 Operazioni topografiche Il lavoro topografico provvede a determinare una rete di punti di inquadramento, ovvero una rete di punti che rappresenta la struttura portante del rilievo Fotografie del terreno prese da un aereo Producono un rilievo di dettaglio o rilievo dei particolari 17 Il volo fotogrammetrico La camera da presa è disposta su un aereo L avanzamento della pellicola fra lo scatto di una foto e l altra avviene automaticamente L intervallo di tempo tra due scatti è tale che ogni punto del terreno viene fotografato su almeno due fotogrammi consecutivi e che si ottenga una sovrapposizione del 60% delle zone fotografate 18 9

10 La scala del fotogramma La scala media 1/n f di ogni fotogramma scattato da una quota relativa H è: 1/n f = p/h dove p è la distanza principale della camera (distanza focale); le camere comunemente usate e che forniscono i migliori risultati hanno una distanza focale intorno a 150mm H è l altezza media del volo Es.: Scala 1: H media = 3000m 19 Fotogramma VS Carta disegnata La scala media del fotogramma è in diretta relazione con la scala della carta che si vuole costruire Per costruire una carta alla scala 1: occorre avere una scala media del fotogramma di 1: Formula empirica: n f = K (n c ) 1/2 n f = scala fotogramma n c = scala carta K =

11 Precisione globale della carta L errore massimo (tolleranza) t p da cui può essere affetta la posizione planimetrica di un punto ben individuato graficamente e che rappresenta un dettaglio del terreno è fissato in 0,4 mm Tale errore risulta dalla composizione quadratica di due errori massimi t r = 0,3 mm (errore dovuto alle operazioni di rilievo) t d = 0,26 mm (errore dovuto al disegno) PER CUI t p = (0, ,26 2 ) 1/2 21 La squadratura dei fogli La squadratura dei fogli alla scala 1: è sottomultipla della carta in scala 1: che, a sua volta è sottomultipla della Carta Internazionale al Milionesimo Ogni foglio al è denominato SEZIONE Le dimensioni del campo cartografico sono pari a 5 in longitudine e 3 in latitudine 22 11

12 La designazione dei fogli Ciascuna sezione è designata da un numero di 6 cifre del tipo xxxyyz delle quali: Le prime tre (xxx, da 001 a 652) indicano il foglio al La quarta e la quinta (yy, da 01 a 16) designano la sezione nell interno del La sesta (z) è sempre zero (viene lasciata per gli ELEMENTI al 5.000) 23 FOGLI SEZIONI FOGLIO SEZIONE

13 Tavolette Sezioni Sezioni 1: Elementi 1:

14 Il contenuto cartografico: generalità Solo nelle carte topografico a piccolo o piccolissimo denominatore i segni possono essere sempre proporzionati alla grandezza reale dei particolari che rappresentano Quando la scala della carta diminuisce (minor dettaglio) alcuni particolari avrebbero dimensioni così ridotte da non potersi distinguere 27 NASCE LA NECESSITÀ DI RICORRERE A SEGNI CONVENZIONALI (O IMITATIVI) DI DIMENSIONI DETERMINATE Nell uso dei segni convenzionali viene mantenuta inalterata la posizione dei particolari più importanti e più appariscenti e viene eventualmente adattata, con adeguati spostamenti, quella dei particolari secondari adiacenti 28 14

15 I contenuti delle carte: le ferrovie Sono riportate su carta le seguenti tipologie di ferrovie a scartamento ordinario a scartamento ridotto a trazione elettrica 29 I contenuti delle carte: la viabilità La classificazione delle strade è fatta tenendo conto della sola larghezza (L) Le autostrade vengono indicate con apposito segno Altre strade Principale (L > 7m; se L > 10m scala) Secondaria (L da 3,5 a 7m) Carrozzabile (L da 2,5 a 3,5m) Carreggiabile (L > 2,5 e con fondo adatto ) Campestre Mulattiera Sentiero 30 15

16 I contenuti delle carte: l edificato (a fondo pieno) Edifici, costruzioni speciali Edifici di abitazione Edifici religiosi e culturali Cimiteri, monumenti Edifici sociali ed amministrativi Ospedali, farmacie Alberghi, ostelli Uffici postali e telegrafici Tribunali, preture, municipi, stazioni di polizia Edifici e costruzioni per trasporti Stazioni ferroviarie Costruzioni industriali Stabilimenti, serbatoi per raffinerie, oleodotti, metanodotti Miniere 31 I contenuti delle carte: l edificato (a fondo pieno) Edifici e costruzioni per l energia Stazioni e cabine di trasformazione Linee ad alta tensione, centrali idroelettriche Impianti sportivi Piscine, tiri a segno Edifici agro-forestali Capannoni, silos, mulini, segherie Elementi divisori Muri 32 16

17 I contenuti delle carte: le acque e le coste marine Acque correnti Acque ferme Laghi, paludi Risaie, saline Canali Costruzioni di distribuzione idrica Sbarramenti Coste marine Costa del mare: linea continua Costa di laguna: linea tratteggiata 33 I contenuti delle carte: la vegetazione Boschi Il limite di bosco è usato solo quando le piante terminali costituiscono una linea ben definita ed appariscente Aree coltivate Il limite di colture si usa per segnare le netta separazione di appezzamenti permanenti destinati a colture diverse o per indicare linee permanenti e ben appariscenti 34 17

18 I contenuti delle carte: le curve di livello Da non tracciare in terreni uniformemente pianeggianti con pendenza < 1% Si distinguono in: Direttrici - linea marcata continua (eq. 50 m) Intermedie (o ordinarie) linea continua sottile Ausiliarie linea a piccoli tratti sottili Le curve ausiliari si tracciano quando non sia possibile esprimere tutte le irregolarità del terreno (es. cocuzzoli) oppure quando la pendenza è molto dolce (tra 1% e 5%) L equidistanza delle curve intermedie è pari a 1/1000 del denominatore della carta 35 I contenuti delle carte: i limiti amministrativi Limite di Stato È segnato in continuità per tutto il suo sviluppo Limiti di Regione, Provincia e Comune Se seguono l andamento di una linea rappresentata nel rilievo (es. strada, fosso, muro), sono segnati adiacenti a tale linea e ad intervalli per gruppi di punti o crocette o lineette 36 18

19 Scritture delle quote Le quote si scrivono dove rendono più evidente la comprensione delle forme Ad esempio una quota ai piedi di una balza è meglio scritta verso il pendio, mentre al ciglio di un ripiano è meglio scritta verso monte 37 Quadro di unione 1: (Regione Toscana) 38 19

20 Sezioni CTR 1: (Regione Toscana Prov. GR) 39 CARTOGRAFIA DIGITALE Dalla CARTA al DATABASE GEOGRAFICO L avvento dei DB geografici basati su tecnologie informatiche ha determinato un vero sconvolgimento nella prassi consolidata dell attività cartografica Il nuovo supporto DIGITALE, che ha sostituito quello tradizionale, la CARTA, ha imposto di rivedere il modello di percezione e di rappresentazione della realtà, dovendo essere questo compatibile con la realtà 40 20

21 CARTOGRAFIA DIGITALE Le FORME di rappresentazione VECTOR Utilizza le primitive geometriche punto, linea e poligono per rappresentare forma e posizione dell oggetto RASTER Utilizza la primitiva geometrica PIXEL (Picture Element) definita come minima unità di informazione all interno di una griglia di elementi rappresentanti una carta, un immagine o la distribuzione di un fenomeno Il VECTOR ed il RASTER hanno diretta corrispondenza, nella cartografia tradizionale (analogica), rispettivamente con CARTA e ORTOFOTOCARTA 41 CARTOGRAFIA DIGITALE Le componenti dei DATI digitali Componente GEOMETRICA Descrive con l accuratezza definita la forma dell oggetto Componente di ATTRIBUZIONE Attraverso la quale vengono descritte le caratteristiche dell oggetto Componente di RELAZIONE Lega gli oggetti con quelli limitrofi 42 21

22 CARTOGRAFIA DIGITALE La componente GEOMETRICA La componente geometrica esprime la forma dell oggetto da rappresentare ed utilizza le primitive geometriche PUNTO (dimensione 0; coppia di coordinate) LINEA (dimensione 1; stringa di coppie di coordinate) AREA (dimensione 2; delimitata da più linee) 43 CARTOGRAFIA DIGITALE La componente QUALIFICAZIONE (o ATTRIBTO) Tale componente viene generalmente espressa tramite un database alfanumerico associato, così che ogni record di primitiva geometrica è correlato ad un record tramite un puntatore 44 22

23 CARTOGRAFIA DIGITALE La componente di RELAZIONE Nei DB geografici la componente di mutua relazione fra gli oggetti viene espressa tramite la topologia La topologia applicata alle informazioni geografiche esprime il modo con cui gli oggetti geografici si connettono tra loro ed i loro mutui rapporti spaziali, utilizzando le relazioni di adiacenza, appartenenza e connessione 45 CARTOGRAFIA DIGITALE I DOMINI (o STRATI INFORMATIVI) Sono una forma di aggregazione di oggetti in relazione a tipologia o funzione Per i DB dell IGM al e al sono stati definiti i seguenti domini 1 - limiti 3 trasporti 5 vegetazione 7 altimetria 9 servizi 2 - qualità 4 - idrografia 6 industrie 8 - morfologia 10 - insediamenti 46 23

24 CARTOGRAFIA DIGITALE Gli STRATI INFORMATIVI della CTR al Rete stradale 03 Idrografia 05 Elementi divisori 07 Vegetazione 09 Limiti amministrativi 02 Edificato 04 Enfrastrutture 06 Forme terrestri 08 Orografia 10 Toponomastica All'interno di ogni strato informativo gli oggetti sono classificati per famiglie con codici univoci, le cui prime due cifre indicano il layer di appartenenza (es. 0301=fiume, 0304=lago, 0305=costa, 0312=fonte, 0313=pozzo...) 47 CARTOGRAFIA DIGITALE Organizzazione e struttura degli STRATI INFORMATIVI Elementi areali Ao -isolato Au aree urbanizzate Ea elementi areali (es. singoli edifici) Ad aree idriche Ac limiti amministrativi Elementi lineari El elementi lineari Af - ferrovie Cu curve di livello Ai archi idrici Av - archi viari Elementi puntuali Up urbanizzato puntuale Pq punti quotati Pn vertici trigonometrici (IGM e Regionale) Ep elementi puntuali (es. alberi) 48 24

25 NUMERICA Carta Numerica 1: La forma MATRIX CARTOGRAFIA DIGITALE Ha le medesime caratteristiche del raster ma i valori contenuti non sono di tipo radiometrico bensì valori misurati o calcolati con riferimento ad un certo fenomeno geografico Tipico uso del matrix è quello del modello numerico del terreno, delle mappe di pendenze o di copertura del suolo 50 25

26 CARTOGRAFIA DIGITALE I dati in forma MATRIX si possono ottenere in vario modo Da database vettoriali Sovrapposizione ad un dato vettoriale di una griglia regolare Da classificazione di immagini multispettrali da aereo o satellite Da calcolo attraverso algoritmi di interpolazione spaziale Da misurazione diretta di un certo fenomeno (con GPS) Nella forma MATRIX, per esprimere più attributi per una stessa superficie occorre disporre di più matrici idealmente sovrapposte (una matrice per ogni classe di attributo) 51 IL PROCESSO DI COSTRUZIONE DELLA CARTOGRAFIA Realtà Mappe Databases Satellite data Foto Aeree Immagini Dati cartacei Soft data Digitalizzazione Processo Key in Combine Integrazione Database integrato 52 26

27 CARTE TEMATICHE L USO DEL SUOLO CARTA dell USO DEL SUOLO (es. CoRiNE) 53 CARTE TEMATICHE L USO DEL SUOLO Progetto CORINE (COoRdination of the INformation on the Enviroment) Varato dalla Commissione Europea nel 1985 e terminato nel 1992 per costruire una base cartografica unica a supporto di progetti riguardanti l ambiente Scala cartografica 1: Interpretazione di immagini satellitari (satellite LANDSAT, sensore TM) Legenda di tipo gerarchico (3 livelli): progressivo aumento del dettaglio delle informazioni 54 27

28 CARTE TEMATICHE L USO DEL SUOLO Progetto CORINE (COoRdination of the INformation on the Enviroment) Legenda su 3 livelli gerarchici I Livello 5 classi II Livello 15 classi III Livello 44 classi I LIVELLO II LIVELLO III LIVELLO dettaglio 55 CARTE TEMATICHE L USO DEL SUOLO Progetto CORINE (COoRdination of the INformation on the Enviroment) Immagine LandSat TM della Toscana in falsi colori (FCC 432) del 1988 (estate) 56 28