I Sistemi di coordinate usati in Italia

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1 Software KARTO - LEZIONE 4 I Sistemi di coordinate usati in Italia 1. Premessa Il titolo di questa lezione non deve ingannare, infatti vorrei subito precisare che non è una lezione su superfici di riferimento, sistemi di riferimento e proiezioni cartografiche, ma una lezione su come gestire i sistemi di riferimento all interno del GIS Karto. Adesso faremo un accenno ai soli sistemi presenti in Italia per introdurre l argomento e ad alcuni concetti basilari, ma nulla di più, rimandando a letture più specifiche l eventuale approfondimento dell argomento. Quindi parto dal presupposto che chi si avvicina a questo Corso ha già una certa preparazione di geodesia, sistemi di riferimento e cartografia. Progettare un GIS comporta come scelta prioritaria la definizione del sistema di riferimento cartografico per rappresentare e gestire i dati territoriali in maniera funzionale e produttiva; infatti operare, avendo ben chiaro, quale è il sistema di riferimento cartografico adottato permette di relazionare fra loro dati di origine diversa e quindi permettere analisi comparative sia fra dati dello stesso progetto che dati provenienti da progetti diversi I sistemi di riferimento Italiani L Italia è uno dei paesi più ricchi di sistemi di coordinate. Tutti coloro che ci occupiamo di tali sistemi evidenziamo sistematicamente la necessità di una base geometrica omogenea, estesa a tutto il territorio nazionale. D altra parte i processi di globalizzazione nel trattamento delle informazioni impongono l adozione di un unico sistema di riferimento e le metodologie di acquisizione delle informazione di posizione (GPS) oggi lo consentono. Con l evoluzione delle applicazioni riferite ad osservazioni satellitari il sistema di riferimento globale assume una importanza sempre maggiore in tutti i settori e non ultimi il settore cartografico e geodetico; potendo sostituire tanti sistemi di riferimento locali con uno globale è possibile far uso in maniera estremamente semplificata sia di prodotti cartografici che geodetici. Nell attesa che ciò si realizzi diamo una occhiata ai quattro principali sistemi di riferimento geodetici presenti in Italia e con i quali ogni giorno ci troviamo a lavorare operando conversioni e trasformazioni tante volte non semplici e incontrando difficoltà che nascono da una non perfetta conoscenza dei sistemi di riferimento trattati. I datum 1 che incontriamo in Italia sono: Roma40 associato al sistema cartografico Gauss-Boaga E il sistema geodetico nazionale realizzato nei primi anni della seconda guerra mondiale. Il sistema cartografico Gauss-Boaga che adotta la rappresentazione conforme di Gauss (Mercatore inversa). Questo 1 Il Datum è un modello matematico che ci permette di calcolare le coordinate geografiche di punti sulla superficie terrestre, definito dai parametri dell ellissoide di rotazione, dal centro di emanazione e dall orientamento dell ellissoide ossia dall azimut. Il Datum Roma 40, per esempio, che è il Datum corrispondente al sistema geodetico italiano, è definito da: Ellissoide di Hayford ( a= m-b= m-s=1/297) - Centro di Emanazione Monte Mario vicino Roma, istituito nel Azimut da Monte Mario su Monte Soratte

2 sistema rappresenta il riferimento per la rete geodetica nazionale classica dell IGMI costituita da vertici. La Carta d Italia scala 1: e il suo sottomultiplo 1: utilizzano questo sistema. ED50 associato al sistema cartografico UTM-ED50 European Datum 1950: è il sistema geodetico europeo realizzato nel 1950 allo scopo di unificare la cartografia dell Europa occidentale. Il sistema cartografico UTM (Universal Transverse Mercator) adotta la rappresentazione conforme di Gauss. Questo sistema è adottato in Italia per quasi tutte le produzioni cartografiche dalla Carta d Italia scala 1: a tutti i sottomultipli. WGS84 associato al sistema cartografico UTM-WGS84 E un sistema cartesiano geocentrico con l origine coincidente con il centro di massa della terra, l asse Z passante per il Polo Nord, l asse X per il meridiano di Greenwich e l asse Y tale da formare una terna destrorsa. Il sistema cartografico UTM (Universal Transverse Mercator) adotta la rappresentazione conforme di Gauss con le stesse caratteristiche dell UTM-ED50. Il sistema WGS84 viene utilizzato per l acquisizione dei dati satellitari attraverso il GPS. E utilizzato da pochi anni in Italia, ma già nel 1992 l IGMI aveva progettato una nuova rete geodetica denominata IGM95, realizzata negli anni 90 con misurazioni GPS, per la realizzazione della nuova cartografia ufficiale scala 1: Bessell associato al sistema cartografico Cassini-Soldner E il più antico sistema geodetico realizzato in Italia, ancora oggi in vigore per la maggior parte della cartografia catastale italiana. Il sistema catastale non ha un unico sistema piano; esistono molteplici sistemi locali che utilizzano la rappresentazione Cassini-Soldner Conversione e trasformazione di coordinate All interno di uno stesso datum possono essere usati molti sistemi di coordinate (coordinate geografiche, cartesiane, etc). Se vogliamo passare da un sistema di coordinate geografiche (φ,λ,h) a cartesiane (X,Y,Z) all interno di uno stesso datum allora in questo caso si opera una conversione. Se invece vogliamo passare da un sistema di coordinate ad una altro tra due datum diversi in tal caso si parla di trasformazione di coordinate. La trasformazione tra 2 datum può essere calcolata solo quando ci sono sufficienti misure reali che legano i punti nei due sistemi materializzate nelle reti geodetiche. Facendo riferimento ai sistemi di riferimento italiani abbiamo che, per esempio, Roma40 e ED50 hanno in comune rete trigonometrica di 1 ordine dell IGMI, mentre Roma40 e WGS84 hanno in comune la rete IGM95. Quindi è possibile una trasformazione diretta tra Roma40 ED50 e Roma40 WGS84, ma se vogliamo operare una trasformazione WGS84 ED50 dobbiamo utilizzare le prime due relazioni perché non esistono punti comuni sul territorio nazionale. Per quanto riguarda le routine implementate all interno dei software GIS bisogna precisare un passaggio molto importante: 1. Assegnare un Sistema di Riferimento ad un layer in un GIS significa informare il sistema che il layer che viene visualizzato è stato digitalizzato in quel dato Sistema di Riferimento e quindi qualsiasi altra assegnazione è errata. 2. Proiettare un layer in un nuovo Sistema di Riferimento significa cambiare il Sistema di Riferimento al layer e modificare le coordinate dei vertici delle features. Questa è un operazione che genera un nuovo layer con un nuovo Sistema di Riferimento.

3 Questo significa che se vogliamo operare una trasformazione all interno di un GIS, perché questa dia risultati attendibili, bisogna che al layer di partenza sia stato assegnato il giusto Sistema di Riferimento e quindi operare con dati georiferiti e con sistema di riferimento definito. 2. Definire il sistema di coordinate in uso Dopo aver visto in premessa un po di nozioni di base sui sistemi di riferimento, passiamo adesso a Karto per sperimentare direttamente sulla piattaforma le funzionalità legate alla gestione dei Sistemi di Riferimento. Diciamo subito che nel momento in cui importiamo uno shape file o carichiamo una feature class (point, line, poligon) si possono presentare due possibilità: a. La mappa che carichiamo ha associato il file.prj che contiene informazioni riguardo al Sistema di Riferimento e quindi il GIS da questo momento in poi gestirà questa informazione per eventuali conversioni da un sistema ad un altro. b. La mappa che carichiamo non possiede informazioni riguardo al Sistema di Riferimento e quindi bisogna informare il GIS cioè dobbiamo Assegnare un Sistema di Riferimento ad un layer GIS. Vediamo come effettuare questa ultima operazione: Avviamo Karto e carichiamo il file F_comuni.kf1, dal menu a tendina scegliamo File Proprietà feature class... Verrà mostrato il seguente pannello multi pagina: diamo una occhiata alla pagina Dati del File nella sezione del pannello Estensione, vengono riportati i valori di coordinate minime e massime dell ingombro effettivo delle geometrie presenti nella feature class. Nel caso la feature class contenga geometrie aventi la quota altimetrica anche i valori di Z minima e Z massima saranno compilati. nella sezione del pannello Sistema di riferimento scelto per la feature class,vengono riportati i parametri di definizione del sistema di riferimento assegnato alla feature class. Se il pannello riporta la dicitura undefined, si intende che per quella feature class non è stato definito alcun sistema di riferimento. Precisiamo subito che la mancanza dell assegnazione di un sistema di riferimento non pregiudica in alcun modo l uso delle funzioni di geoquery e geoprocessing, almeno per tutte quelle funzioni che non prevedono un overlay con altri layer che possono essere su sistemi di riferimento diversi; consiglio quindi la definizione per le funzioni di overlay e per tutte quelle operazioni che comportano la trasformazione di coordinate o l esportazione dei dati verso altri formati di interscambio.

4 Nel caso di mancanza di un sistema di riferimento, sarà possibile assegnarlo tramite il bottone Seleziona: premere il bottone Seleziona per scegliere il sistema di riferimento; scegliere nella cartella Sistemi di coordinate geografici il file WGS_84.prj (sappiamo, infatti, che i dati che stiamo usando per le esercitazioni non hanno un.prj associato e sono nel Sistema di Riferimento WGS84). verrà mostrato il pannello principale riportante il sistema di coordinate scelto, premendo il bottone OK si ritorna alla pagina Dati del file delle Proprietà della feature class. Adesso la sezione del pannello Sistema di riferimento scelto per la feature class, riporterà i parametri del sistema di riferimento assegnato alla feature class, cioè WGS84. Nel momento in cui avremmo assegnato il sistema di riferimento alla feature class, Karto scriverà il file F_comuni.prjf associato d ora in poi al file F_comuni.kf1 che contiene i parametri del sistema di riferimento scelto. Naturalmente nella finestra Proprietà del Sistema di Coordinate è possibile effettuare altre operazioni oltre Seleziona, vediamole velocemente: Seleziona Questo comando, come abbiamo visto prima, permette di selezionare un sistema di coordinate, sia esso proiettato, geografico o catastale da un elenco di sistemi suddivisi per tipologia.

5 Importa Questo comando permette di importare un sistema di coordinate, sia esso proiettato, geografico o catastale da un file ".kc1", ".kf1" e ".kt1" indifferentemente già presente in archivio con il sistema di riferimento assegnato. Nuovo Questo comando permette di creare un nuovo sistema di coordinate di tipo proiettato, geografico o catastale in base alla scelta effettuata. Una volta premuto il comando appare il pannello che permette di selezionare il tipo di sistema di riferimento che si vuole andare a creare: 1. Proiettato 2. Geografico 3. Catastale italiano In base alla selezione viene aperto il pannello apposito per poter proseguire con la creazione di un nuovo sistema di coordinate. Vediamo, per esempio, come creare un nuovo Sistema di Riferimento Catastale. Ritengo, infatti, che, data la grande presenza di origini catastali in Italia, difficilmente di default le possiamo trovare all interno di un archivio di sistemi di una piattaforma GIS e, quindi, è l operazione che più correntemente ci possiamo trovare ad effettuare. Questo pannello consente di creare un nuovo sistema di riferimento di tipo catastale: Nome: è il nome del nuovo sistema di riferimento catastale. Proiezione: la proiezione utilizzata per il sistema catastale italiano è la Cassini-Soldner o Nome: non è prevista la possibilità di personalizzare il nome della proiezione, pertanto la selezione è obbligatoria su "Parametri catastali". o Parametri: per il sistema catastale italiano è previsto l'inserimento di 3 parametri. Latitudine_centro_sistema_catastale: Longitudine_centro_sistema_catastale: sia per la latitudine che per la longitudine cliccando lo spazio bianco del valore del parametro comparirà un pannello che ci aiuta a inserire i gradi sessagesimali (infatti questi valori devono essere in gradi sessagesimali). Orientamento: valore impostato di default è 1 che corrisponde a Genova, è possibile settare questo valore a 2 corrispondente a Castanea Delle Furie. Un elenco completo delle coordinate di origini catastali può essere trovato su attenzione, però, che i due valori che troviamo sul sito sono in gradi sessadecimali e quindi devono necessariamente essere trasformati in gradi sessagesimali. Modifica Questo comando permette di modificare il sistema di coordinate selezionato, sia esso proiettato, geografico o catastale.

6 Deseleziona Comando utilizzato per deselezionare il sistema di coordinate al momento caricato, per poter effettuare nuovamente l'operazione di selezione. Salva Questo comando permette di salvare in un file con estensione.prj il sistema di coordinate selezionato, modificato o appena creato. Se il sistema di coordinate creato o modificato, non viene salvato, resterà si in memoria fino al completamento delle operazioni, ma non sarà presente ad un successivo avvio del programma. 3. Vedere dati che sono in sistemi di coordinate diversi Al momento il GIS Karto non consente di visualizzare contemporaneamente layer in sistemi di riferimento diversi senza che avvenga una conversione da un sistema ad un altro. Ossia non ha l opzione Riproiezione al volo (on the fly) presente generalmente in una piattaforma GIS. Bisogna, quindi, operare delle conversioni utilizzando le procedure che vedremo nel prossimo paragrafo. 4. Convertire in un altro sistema di coordinate Karto Gis Translate è un modulo di Karto con una sua specifica procedura di installazione e richiede che sia già installata una versione di Karto nel PC. Questo modulo consente di impostare il sistema di riferimento di una o più mappe. Consente inoltre di convertire una mappa dal suo sistema di riferimento a un altro impostato dall'utente (è possibile, in batch, la conversione di più mappe contemporaneamente). Una volta lanciato il programma dalla FINESTRA PRINCIPALE si apre una finestra che ci consente di effettuare una serie di funzioni legate alla gestione dei sistemi di riferimento. Vediamole nell ordine: Converti mappa da un sistema di riferimento a un altro Questo comando consente di eseguire la conversione di una mappa da un sistema di riferimento a un altro. Per eseguire la conversione di una mappa da un sistema di riferimento ad un altro è necessario che

7 alla mappa sia stato assegnato il relativo sistema di riferimento: non è possibile convertire una mappa che non ha sistema di riferimento assegnato. Il pannello che si presenta è il seguente: Vogliamo per esempio operare una trasformazione tra sistemi alla mappa kc1 che abbiamo lavorato nella Lezione 3. Col tasto Seleziona mappa si apre un pannello che permette di selezionare il file.kc1 da convertire tra quelli disponibili nell'area di lavoro attiva: automaticamente verrà compilata la voce Sistema di coordinate di input. Se il file non ha un sistema di riferimento già definito il programma non può proseguire e verrà aperto automaticamente il pannello per selezionarlo. Col tasto Salva mappa trasformata... sarà possibile dare un nuovo nome (che non sia uguale a quello della mappa di partenza). Dopo avere dato il nome verrà automaticamente aperto il pannello per la selezione del sistema di riferimento di destinazione. Cliccando su OK verrà avviata l'operazione e, al termine, nella cartella delle mappe del lavoro attivo si troverà la mappa nel nuovo sistema di riferimento con il corrispettivo file.prj. Spuntando Sposta i collegamenti database alla nuova mappa decidiamo se, presente, di collegare il database alla nuova mappa trasformata. Conversione simultanea di più mappe Questo comando funziona allo stesso modo del comando precedente con la differenza che ci consente di eseguire la conversione simultanea di due o più mappe da un sistema di riferimento a un altro. Per eseguire la conversione simultanea di due o più mappe da un sistema di riferimento ad un altro è necessario che a tutte le mappe sia attribuito il relativo medesimo sistema di riferimento: non è possibile convertire mappe che non abbiano sistemi di riferimento assegnati e non è possibile convertire con un'unica operazione in un comune sistema di riferimento mappe che abbiano di partenza sistemi di riferimento eterogenei: è necessario fare tante operazioni di conversione quanti sono i sistemi di riferimento di partenza (se ad esempio ho 4 mappe in Gauss-Boaga fuso Est e 5 in Gauss-Boaga fuso Ovest e voglio convertirle tutte in Cassini-Soldner, è necessario fare due operazioni distinte di

8 conversione, una con le 4 mappe in fuso Est, una con le altre 5 in fuso Ovest, anche se il sistema di riferimento di destinazione è il medesimo). Il campo Maschera rinomina permette di scegliere come chiamare le nuove mappe nel nuovo sistema di coordinate: la voce tra parentesi quadrate [N] deve restare fissa e rappresenta il nome originale della mappa. Il resto può essere impostato liberamente dall'utente: di default viene proposto [N]_sc e lasciando così tutti i files nuovi avranno lo stesso nome dell'originale con un "_sc" finale. Conversione multipla di file di georeferenziazione raster Questo comando permette di convertire file multipli di georeferenziazione raster senza introdurre deformazioni ai file raster. Se per esempio dobbiamo convertire dei file.tfw il programma in ogni caso scriverà tanti.tfw.bak quanti sono i file raster che abbiamo convertito per non perdere la georeferenziazione originale. Seleziona Questo comando permette di selezionare un sistema di coordinate, ossia di assegnare un sistema di riferimento ad un layer così come abbiamo visto nel paragrafo 2. Nuovo/Modifica Questo comando permette di creare nuovo sistema di coordinate o la modifica nel caso in cui sia già presente di default negli archivi dei Sistemi di Coordinare. Conversione gradi sessagesimali < - > sessadecimali Questa è una utility presente nel programma che calcola la conversione dei gradi da sessagesimali a sessadecimali e viceversa. Bibliografia: AA.VV. Manuale di KARTO Miduell Informatika Srl Maurizio Foderà I SISTEMI INFORMATIVI TERRITORIALI A.G.I.T. Associazione Geometri Italiani Topografi Webgrafia: Redatto da: Maurizio Foderà Creatore e curatore del blog