Esercitazione 3 Trasformazioni di coordinate

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1 Esercitazione 3 Trasformazioni di coordinate Obiettivi Fornire linee guida per effettuare la trasformazione di coordinate dal sistema WGS84 ad un sistema locale o Gauss Boaga. Scenario Rete GPS costituita da 5 punti (1, 2, 3, 4, 5) con coordinate note nel sistema WGS84 (fare riferimento alla rete descritta nell esercitazione 1). La stessa rete è misurata anche con tecniche tradizionali (stazione totale) in un sistema di coordinate locale (Est, Nord, Quota) con origine nel punto 5, ottenendo le seguenti coordinate, disponibili su un file in formato ASCII: Punto Est Nord Quota 1 55, ,8231 1, , ,4834 0, , ,9399 0, , ,2634 1, ,000 0,000 0,000 Importazione del file ASCII delle coordinate In questa fase si vedrà come importare il file ASCII delle coordinate espresse nel sistema di coordinate locale in un nuovo progetto. Avviare LGO (le figure riportate nel seguito fanno riferimento alla versione 5.0 build 7032). Cliccare sul menu Importa Dati ASCII (oppure dalla barra laterale Strumenti) Si aprirà la finestra di dialogo Importazione dati ASCII, per la selezione del file da importare. 1. Selezionare la directory in cui è presente il file da importare 2. Selezionare il tipo di file da importare: File di testo 3. Selezionare il file da importare Impostare Sistema di coordinate: Locale Modalità quota: Ortometrica Vedere nel seguito per la definizione del template Si aprirà la finestra di dialogo Procedura guidata definita dall utente per l import di file ASCII, per definire il formato di importazione dei dati presenti nel file. La procedura si sviluppa in 4 fasi successive, a ciascuna delle quali si accede cliccando sul pulsante Avanti >. 1

2 Cliccare su Libero se il file è stato formattato separando le colonne da un particolare carattere (virgola, tabulazione, ecc.) Struttura del file importato. Nel presente caso nella prima colonna appare l identificativo del punto e, a seguire, le coordinate Est, Nord e Quota. Le colonne sono separate dal carattere virgola. Tale disposizione non è vincolante Selezionare il tipo di carattere separatore delle colonne Impostare: Tipo di coordinate: Reticolo Unità lineari: metri o piedi (UK o US) Classe di coordinate: Controllo (se le coordinate sono state determinate con elevata precisione Definire la classe di ogni colonna cliccando col tasto destro del mouse sulla colonna in oggetto 2

3 Il template permette di archiviare il formato del file importato così da poterlo utilizzare successivamente come standard, importando direttamente il file evitando di ripetere la procedura vista. Tale formato, una volta archiviato, potrà essere utilizzato anche per l esportazione dei file di punti Come si è visto, la procedura di importazione permette di definire il formato del file ASCII a proprio piacimento, con un largo ventaglio di alternative per quanto riguarda la tipologia di dati da fornire nelle diverse colonne, la loro disposizione ed il carattere di separazione. Cliccare su Fine per terminare la procedura guidata. Si aprirà la finestra di dialogo Assegna, contenente tre schede: Generale: contiene una lista dei progetti esistenti e consente di assegnare i dati importati ad un particolare progetto; Impostazioni: consente di selezionare il tipo di dati da importare e di impostare alcuni settaggi per ogni tipo di dato. GPS: visualizza una lista dei punti GPS acquisiti. È possibile selezionare quelli da importare. Cliccare col tasto destro del mouse su Progetti nel riquadro a sinistra, oppure nello spazio vuoto nel riquadro a destra, e scegliere Nuovo dal menu contestuale per creare un nuovo progetto Si aprirà la finestra di dialogo Nuovo progetto. 3

4 1. Scrivere il nome del progetto, per esempio Coordinate locali 2. Selezionare la directory in cui si intende creare il progetto Massima distanza entro la quale due o più punti (aventi lo stesso nome) sono considerati come unico e le coordinate mediate Consente di riferire il progetto all ora locale o al GMT Dopo aver scritto il nome del progetto, cliccare sul pulsante OK. Si ritornerà nella finestra di dialogo Assegna dove apparirà automaticamente selezionato il nuovo progetto. Cliccare sul pulsante Assegna per assegnare i dati al progetto selezionato e, successivamente, sul pulsante Chiudi per chiudere la finestra di dialogo Assegna. Il progetto si aprirà nella scheda Visualizza/Modifica, dove è possibile visualizzare graficamente la dislocazione spaziale dei vari punti inseriti e modificare le proprietà di ciascun oggetto presente. Come si vede, i punti sono visualizzati nel sistema di coordinate locale definito. Facendo riferimento all Esercitazione 1 Post-elaborazione, la stessa rete era stata rilevata con GPS e di seguito elaborata, ottenendo una soluzione nel sistema WGS84. Si vuole, ora, creare una corrispondenza biunivoca tra i due sistemi di coordinate, in maniera tale che, qualunque altro rilievo fatto nella zona coperta dalla rete possa essere inquadrato in entrambi i sistemi di coordinate. 4

5 È ovvio che per poter fare questa operazione senza che vi siano forti distorsioni, è opportuno che gli altri rilievi eventualmente da inquadrare ricadano quanto più possibile all interno del poligono definito dai vertici più esterni della rete in oggetto (nel presente caso i punti 1, 2, 3 e 4). Trasformazione tra sistema WGS84 e sistema locale Si vedrà ora come associare il sistema locale definito (progetto Coordinate locali) al rilievo della rete inquadrata in WGS84 (progetto Esempio Post-elaborazione). Cliccare sul menu Strumenti Datum e proiezioni (oppure dalla barra laterale Strumenti) Si aprirà la finestra Datum e proiezioni, nella scheda Selezione. Tale scheda è suddivisa in due riquadri uguali in cui sono elencati i progetti LGO immagazzinati. Nel riquadro superiore bisognerà selezionare il progetto in cui è definito il sistema di coordinate di partenza (WGS84), nel riquadro inferiore il 5

6 progetto in cui è definito il sistema di coordinate da associare (nel presente caso, il sistema locale definito dalle coordinate dei punti presenti nel file ASCII importato). 1. Cliccare sul progetto in cui è definito il sistema di coordinate di origine (nel presente caso WGS84 nel progetto Esempio post-elaborazione) Nel momento in cui si seleziona un progetto in uno dei due riquadri, il corrispondente nell altro riquadro diventa non più selezionabile Non appena i progetti sono selezionati in entrambi i riquadri, si attiva la scheda Associazione 2. Cliccare sul progetto in cui è definito il sistema da associare (nel presente caso il sistema locale nel progetto Coordinate locali) Si evince che è possibile effettuare trasformazioni non solo tra WGS84 ed un sistema locale, ma anche tra due sistemi locali. La scheda Associazione, diventata ora attiva, consente di associare le coordinate dei punti comuni (punti doppi) alle reti inquadrate nei due sistemi di coordinate. In questo modo è possibile effettuare delle operazioni che consentono il passaggio da un sistema di coordinate all altro, attraverso un calcolo che definirà i parametri di trasformazione (traslazioni, rotazioni e variazioni di scala) e la stima della precisione con la quale tale trasformazione è eseguita. Come si vede, tale scheda è suddivisa in tre riquadri, due superiori ed uno inferiore. Nel riquadro superiore sinistro sono elencati i punti appartenenti al progetto in cui è definito il sistema origine (WGS84, progetto Esempio post-elaborazione), in quello superiore destro i punti appartenenti al progetto in cui è definito il sistema destinazione (locale, progetto Coordinate locali). Nel riquadro inferiore sono elencate le associazioni tra i punti appartenenti ai due sistemi e può essere definito l algoritmo di trasformazione scelto. 6

7 I metodi di trasformazione disponibili in LGO sono sei. One step. Le trasformazioni planimetriche sono trattate separatamente rispetto a quelle verticali (è possibile richiedere, quindi, una trasformazione che sia solo planimetrica o solo altimetrica; inoltre si possono utilizzare gruppi di punti differenti per le due trasformazioni). È sufficiente la conoscenza di un singolo punto doppio. Vista la mancanza di robustezza, è consigliabile utilizzare tale trasformazione in aree molto ristrette (massimo 10 km 2 ). Two step. Presenta le stesse caratteristiche della One step, ma richiede la conoscenza dell ellissoide locale e della proiezione cartografica. Interpolata. Come le precedenti, le trasformazioni planimetriche sono trattate separatamente rispetto a quelle verticali, pur operando con differenti algoritmi che prevedono la deformazione delle misure GPS, forzando la corrispondenza con il sistema locale. Per questo motivo il campo di applicazione di questa trasformazione è molto ristretto (10-15 km 2 ). Non è richiesta la conoscenza dell ellissoide locale e della proiezione cartografica. Classical 2D. Consente di determinare i parametri di trasformazione tra sistemi di coordinate piane. Non vengono calcolati parametri per le quote. Può essere utilizzato solo per esportare delle coordinate locali in un file ASCII. Classical 3D. Consente di calcolare sino ad un massimo di 7 parametri (3 traslazioni, 3 rotazioni e 1 fattore di scala) di trasformazione tra i due sistemi, conservando l accuratezza delle misure GPS. È necessaria la conoscenza di almeno 3 punti doppi, ma è consigliabile averne a disposizione un numero maggiore per assicurare una certa ridondanza e quindi conoscere i residui della trasformazione. Se lo scopo è il calcolo di un sistema di coordinate locale, è necessario conoscere l ellissoide locale e la proiezione cartografica. Per ottenere quote ellissoidiche accurate, inoltre, è richiesta la conoscenza dell ondulazione geoidica in corrispondenza dei vari punti. Stepwise. È una combinazione delle trasformazioni Classical 3D, utilizzata per la planimetria, e della Interpolata, utilizzata per l altimetria. È necessaria la conoscenza di almeno 3 punti doppi, ma è consigliabile averne a disposizione un numero maggiore per assicurare una certa ridondanza e quindi conoscere i residui della trasformazione. Qualunque sia il metodo di trasformazione scelto, è importante che i punti doppi siano uniformemente distribuiti sull area oggetto del rilievo. Non avendo conoscenza dell ellissoide locale e della proiezione cartografica, le uniche due trasformazioni utilizzabili in questo caso sono la One step e la Interpolata. In generale, nella maggioranza dei casi, è preferibile utilizzare la One step. Cliccare col tasto destro del mouse in uno dei tre riquadri e scegliere Configurazione. Si aprirà la finestra di dialogo Configurazione. 1. Selezionare il tipo di trasformazione: One step 2. Selezionare il tipo di coordinate: nel presente caso Planimetria e quota L associazione tra i punti può essere manuale o automatica: nel primo caso bisogna selezionare manualmente tutti i punti doppi, nel secondo caso il software associa automaticamente tutti i punti aventi lo stesso nome. Nel presente caso, poiché nei due sistemi i punti doppi sono stati chiamati con lo stesso nome, è possibile utilizzare l associazione automatica. Cliccare col tasto destro del mouse in uno dei tre riquadri e scegliere Associazione automatica. Nel riquadro inferiore appariranno le associazioni dei punti doppi. 7

8 Fatta l associazione, si attivano le finestre Risultati, Tabella e Report. Nel caso in cui i punti doppi abbiano nomi diversi o, comunque, si desideri effettuare manualmente l associazione, è necessario selezionare le coppie di punti analoghi nei due riquadri superiori e, per ogni coppia formata, effettuare di volta in volta l associazione. 1. Selezionare i due punti da associare I passi 1. e 2. devono essere ripetuti per ogni coppia di punti doppi. Le schede Risultati, Tabella e Report si attiveranno non appena sarà raggiunto il numero minimo di punti previsti per la trasformazione in oggetto e si aggiorneranno per ogni punto aggiunto 2. Cliccare col tasto destro del mouse su uno dei due punti associati e scegliere Associazione dal menu contestuale Nel caso di trasformazione One step, come visto, è sufficiente un solo punto, anche se è consigliabile utilizzarne quanti più possibile. Nelle seguenti tabelle, è descritto il tipo di trasformazione eseguita a seconda del numero n di punti utilizzati. Per la planimetria: Per la quota: n Trasformazione 1 Classical 2D con traslazione sugli assi planimetrici 2 Classical 2D con traslazione sugli assi planimetrici, rotazione attorno all asse altimetrico e scala > 2 Classical 2D con traslazione sugli assi planimetrici, rotazione attorno all asse altimetrico, scala e residui 8

9 n Trasformazione 0 Nessuna trasformazione 1 Quota costante 2 Media tra le due quote 3 Piano passante per le quote dei tre punti > 3 Piano medio Supponendo di aver utilizzato i punti 1, 2, 3 e 4 per l associazione, la scheda Risultati mostrerà i residui della trasformazione. Per associare il sistema di coordinate locale definito alla rete rilevata con metodologia GPS in WGS84, bisognerà salvare la trasformazione effettuata. Cliccare, quindi, col tasto destro del mouse nella scheda Risultati e scegliere Salva. Si aprirà la finestra di dialogo Salva impostazione parametri trasformazione. Scrivere il nome del nuovo sistema di coordinate, per esempio Coordinate corso Se Aggiunta automatica al progetto A e chiusura di datum / mappa è selezionato, il nuovo sistema sarà automaticamente aggiunto al progetto Esempio postelaborazione Per confermare, cliccare su OK. Se si visualizzano le proprietà del progetto Esempio post-elaborazione, si vedrà come ad esso sono ora associati sia il sistema di coordinate WGS84 che il sistema di coordinate locali definito. Andare alla finestra Gestione progetto. Doppio clic col mouse sul progetto Esempio post-elaborazione per aprire il progetto Seppur evidenziato Coordinate corso come sistema di coordinate, in realtà al progetto Esempio post-elaborazione rimangono associate anche le coordinate WGS84 All apertura del progetto Esempio post-elaborazione, cliccare sulla scheda Punti. 9

10 Sono disponibili le coordinate locali anche per il punto 5, non utilizzato nella trasformazione (proprio per questo, è possibile notare che sono leggermente diverse da quelle imposte nel progetto) Ora sono attive le icone per la selezione del sistema di coordinate locale nel formato griglia. È possibile visualizzare anche le WGS84 nel formato geografico o cartesiano Per qualunque altro punto inserito nel progetto, saranno disponibili ora sia le coordinate WGS84 che nel sistema locale definito. È importante ricordare che, eventuali altri punti inseriti devono quanto più possibile ricadere all interno del poligono costituito dai vertici dei punti doppi più esterni utilizzati per la trasformazione. Trasformazione tra sistema WGS84 e sistema Gauss Boaga La trasformazione delle coordinate WGS84 in quelle del sistema nazionale avviene utilizzando i punti della rete IGM95, costituita da 1230 vertici tridimensionali di elevata precisione, distribuiti sul territorio nazionale con una densità di 1 punto ogni 300 km 2 circa. Per ogni punto vengono forniti i 7 parametri necessari ad effettuare una rototraslazione tra i datum WGS84 e quello nazionale Roma 40 con una precisione dell ordine del centimetro entro un raggio di 10 km. Nel caso la zona di interesse ricada in zone intermedie tra due o più vertici IGM95, occorre utilizzare i punti che racchiudono la zona e determinare i 7 parametri con un apposito rilievo. Nell esempio che segue, il cui scopo è solamente inteso a dare le linee guida per l inserimento di un nuovo datum in LGO, saranno utilizzati dei parametri di trasformazione generici. Avviare LGO. 10

11 Cliccare sul menu Strumenti Gestione sistema di coordinate (oppure sistemi di coordinate dalla barra laterale Gestione) Si aprirà la finestra Gestione sistema di coordinate. Selezionare trasformazioni, cliccare col tasto destro del mouse e scegliere Nuovo dal menu contestuale Si aprirà la finestra di dialogo Nuova trasformazione, dove si definiscono i parametri necessari al passaggio tra il sistema di coordinate WGS84 e quello nazionale Roma Scrivere il nome della trasformazione, per esempio Roma Selezionare il tipo di trasformazione Classical 3D 3. Selezionare l ellissoide del sistema di origine (WGS84) e quello di destinazione. Nel caso del datum Roma 40, l ellissoide è quello internazionale (Hayford) 4. Selezionare il modello di calcolo. È consigliabile il modello di Molodensky Badekas 5. Impostare i 7 parametri (3 traslazioni, 3 rotazioni, 1 fattore di scala). Nel presente caso impostare le tre traslazioni dx = 225.0, dy = 65.0, dz = 9.0. Annullare i valori delle rotazioni Rx, Ry, Rz ed il fattore di scala SF 11

12 Cliccare sul pulsante OK per creare la trasformazione. E importante ribadire il fatto che i parametri inseriti sono del tutto generici. Una procedura rigorosa avrebbe richiesto la conoscenza dei parametri di trasformazione di un vertice IGM95 distante meno di 10 km dall area del rilievo che si vuole inquadrare nel sistema di coordinate Gauss Boaga. In alternativa, si sarebbe dovuto effettuare un rilievo GPS in modalità statica su almeno 3 vertici IGM95, scelti in maniera tale che l area del rilievo fosse interna al triangolo da essi formato e, dalla conoscenza delle coordinate WGS84 e Gauss Boaga, si sarebbero potuti determinare i 7 parametri di trasformazione seguendo la stessa procedura vista per la determinazione del sistema di coordinate locale, utilizzando però il metodo di trasformazione Classical 3D al posto del One step. A questo punto è necessario creare la proiezione cartografica. Nella proiezione di Gauss, l Italia ricade in due fusi, il fuso ovest ed il fuso est, per cui è necessario creare due proiezioni differenti. Selezionare proiezioni, cliccare col tasto destro del mouse e scegliere Nuovo dal menu contestuale Si aprirà la finestra di dialogo Nuova proiezione per impostare i parametri della proiezione. Scrivere il nome della proiezione, per esempio Gauss Fuso Ovest Selezionare il tipo di proiezione. Nel presente caso TM (Trasversa di Mercatore) Impostare: Falso est: m Falso nord: 0.0 m Latitudine dell origine: N Meridiano centrale: E Larghezza zona: Fattore di scala all origine: Cliccare sul pulsante OK per creare la proiezione e ripetere le stesse operazioni per impostare i parametri della proiezione Gauss Fuso Est. 12

13 1. Scrivere il nome della proiezione, per esempio Gauss Fuso Est 2. Selezionare il tipo di proiezione. Nel presente caso TM (Trasversa di Mercatore) 3. Impostare: Falso est: m Falso nord: 0.0 m Latitudine dell origine: N Meridiano centrale: E Larghezza zona: Fattore di scala all origine: Create le due proiezioni, si devono creare i due sistemi di coordinate corrispondenti. Selezionare sistemi di coordinate, cliccare col tasto destro del mouse e scegliere Nuovo dal menu contestuale Si aprirà la finestra di dialogo Nuovo sistema di coordinate. 1. Scrivere il nome del sistema di coordinate, per esempio Gauss Boaga Fuso Ovest 2. Selezionare il tipo di trasformazione. Nel presente caso Roma Selezionare l ellissoide locale. Nel presente caso internazionale (Hayford) 4. Selezionare la proiezione. Nel presente caso Gauss Fuso Ovest Inserendo un modello di geoide (in Italia non disponibile) sarebbe possibile determinare anche le quote ortometriche Cliccare sul pulsante OK per creare il sistema di coordinate e ripetere le stesse operazioni per il fuso est. 13

14 1. Scrivere il nome del sistema di coordinate, per esempio Gauss Boaga Fuso Est 2. Selezionare il tipo di trasformazione. Nel presente caso Roma Selezionare l ellissoide locale. Nel presente caso internazionale (Hayford) 4. Selezionare la proiezione. Nel presente caso Gauss Fuso Est Sarà adesso possibile utilizzare il sistema di coordinate creato in qualunque progetto. Chiudere la finestra Gestione sistemi di coordinate. Cliccare sul menu Strumenti Gestione progetto (oppure Progetti dalla barra laterale Gestione) Si aprirà la finestra Gestione progetto. 14

15 Selezionare un progetto (per esempio il progetto Esempio post-elaborazione), cliccare col tasto destro del mouse e scegliere Proprietà dal menu contestuale Si aprirà la finestra di dialogo Caratteristiche progetto. Nella scheda Coordinate sarà possibile scegliere il sistema di coordinate. Scegliere il sistema di coordinate (nel presente caso Gauss Boaga Fuso Ovest) Cliccare sul pulsante OK per assegnare il sistema scelto al progetto. Aprire il progetto in esame e selezionare la scheda Punti. Selezionando il sistema di coordinate locale nel formato griglia, è possibile visualizzare le coordinate planimetriche Gauss Boaga 15