3 La cartografia ufficiale italiana

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1 Topografia, Cartografia e GIS Prof. Carlo Bisci Modulo Topografia e Cartografia (6 CFU) 3 La cartografia ufficiale italiana

2 Per fare cartografia è necessario fissare: il sistema di riferimento (datum): scelta dell ellissoide e orientamento la rete di punti e misure che realizzano il sistema di riferimento il tipo di rappresentazione cartografica ed i parametri di applicazione

3 Primo sistema di riferimento italiano Il primo sistema di riferimento nazionale fu istituito in Italia alla fine dell 800: ellissoide di Bessell orientato in tre punti diversi (Genova, M. Mario e Castanea delle Furie), usando tre sistemi di riferimento diversi; rete di triangolazione compensata a blocchi tra il 1908 e il 1919; proiezione di Flamsteed (policentrica) modificata; Rete fondamentale

4 Sistema di riferimento catastale Teoricamente, non è più in uso: ellissoide di Bessel; orientamento a Genova Istituto Idrografico della Marina (definizione astronomica 1902): rete di triangolazione IGM + triangolazione catastale Proiezione Cassini Soldner (cilindrica trasversa) con 32 origini differenti, ciascuna riferita al meridiano passante per il centro di riferimento Suddivisione in 32 zone

5 Sistema di riferimento catastale La carta catastale basata sulla proiezione afilattica di Cassini-Soldner, entro un raggio di circa 70 Km presenta una deformazione lineare massima del 0,006% nella direzione del meridiano, e nulla nella direzione del parallelo. Negli ambiti in cui è utilizzata è praticamente equivalente (caratteristica che la rende interessante per gli usi catastali). Data la variabilità locale del sistema di riferimento, il passaggio ad altri sistemi non è agevole.

6 Sistema di riferimento Roma40 È il sistema ufficiale italiano in uso: ellissoide Internazionale (o di Hayford) orientamento a Roma Monte Mario (def. astronomica 1940) rete di triangolazione compensata a blocchi tra il 1908 e il 1919, usando un sistema di riferimento provvisorio Proiezione Gauss-Boaga su due fusi (Est e Ovest) Rete fondamentale Roma40

7 Sistema di riferimento ED50 È un sistema realizzato per rendere omogenea la cartografia a piccola e media scala a livello europeo: ellissoide Internazionale (o di Hayford) orientamento medio europeo 1950 origine delle longitudini Greenwitch Proiezione UTM su tre fusi (32, 33 e 34) È associato alla rappresentazione cartografica UTM-ED50 ed è usato per il taglio della nuova cartografia ufficiale italiana. Rete europea 1950

8 Gauss Boaga Roma 40 - UTM ED 50 La cartografia ufficiale italiana riporta entrambi i reticolati. Dello stesso punto si ricavano quindi due diversi insiemi di coordinate (planimetriche) che differiscono per: diversi parametri della proiezione (sempre Gauss, ma false origini diverse) diverso datum (stesso ellissoide ma orientato diversamente) diversa compensazione delle reti che materializzano il datum. Per questo motivo il passaggio di tra sistemi si fa con espressioni approssimanti (polinomi) valide in ambito locale.

9 Sistema di riferimento WGS84 È un sistema cartesiano con asse z coincidente con l asse di rotazione convenzionale terrestre, con un ellissoide associata: ellissoide WGS84 realizzazioni (usano reti GPS diverse): globale: Dipartimento delle Difesa USA europea: EUREF89=ETRF89 italiana: IGM95 È il sistema di riferimento utilizzato dal sistema GPS.

10 Sistema di riferimento ETRS89 La superficie della Terra si modifica continuamente; periodicamente si devono quindi rideterminare le reti che materializzano un sistema di riferimento. Nel periodo il centro di massa terrestre si è spostato di circa 2 m (rispetto al sistema di riferimento delle stelle fisse); nel sistema IERS il continente europeo si sposta di circa 3 cm all anno in direzione nord-est. L ETRS89 è materializzato dalla sottorete europea delle stazioni dell ITRF determinate nel 1989 (ETRF89). Vengono pubblicate realizzazioni annuali chiamate ETRFXX, dove XX indica l anno in cui è eseguito il calcolo delle coordinate dei punti, es. ETRF90, ETRF2001 ecc..

11 Sistema di riferimento WGS84 La superficie della Terra si modifica continuamente; periodicamente si devono quindi rideterminare le reti che materializzano un sistema di riferimento. Anche il WGS84 è periodicamente aggiornato, le sue realizzazioni sono indicate con WGS84 (GXXX), dove G indica che le misure sono effettuate con il GPS e XXX indica la settimana GPS in cui la realizzazione è resa disponibile. Ad esempio il WGS84 (G730) è corrisponde all inizio della settimana GPS 730, cioè il 2 gennaio Vengono pubblicati anche i vettori velocità relativi ad ogni stazione, che hanno spostamenti orizzontali massimi dell ordine di 7 cm/anno.

12 La rete IGM95 È la realizzazione italiana del WGS84. Consiste in una rete di punti GPS, omogenea per precisione, che copre l intero territorio nazionale in modo uniforme. Per ogni punto sono fornite: coordinate nel sistema ETRS89 (e quindi WGS84); parametri di trasformazione tra ETRS89 (e quindi WGS84) e Roma 40 per zone.

13 Differenze Roma40 ED50 WGS84 I tre sistemi differiscono per dimensioni (tranne Roma40 ed ED50) e orientamento dell ellissiode. Le coordinate geografiche dello stesso punto possono differire anche di diverse centinaia di metri nei diversi sistemi. Per la cartografia a piccola scala le differenze hanno, all interno di un foglio di cartografia, valore che si può considerare costante rispetto alla precisione di determinazione delle coordinate: l IGM ha determinato i valori di correzione per ogni foglio. Questi parametri sono calcolati in modo empirico e non hanno un preciso significato geometrico.

14 Sistema di riferimento altimetrico italiano Le quote sono riferite ad un geoide (superficie equipotenziale del campo gravitazionale terrestre) individuato dal punto di quota zero del mareografo di Genova (misure ) per l Italia continentale, e di Catania (misure 1965) e di Cagliari (misure ) per le isole. Il sistema di riferimento altimetrico è realizzato dalla rete di livellazione geometrica di alta precisione IGM. Il modello Italgeo 2000, calcolato dal Politecnico di Milano e distribuito dall IGM nell ambito del consorzio IGES, fornisce l altezza del geoide rispetto all ellissoide WGS84 con errori massimi di qualche decimetro (10 ppm).

15 Geoide italiano Italgeo 2000 Le quote sono riferite ad un geoide (superficie equipotenziale del campo gravitazionale terrestre) individuato dal punto di quota zero del mareografo di Genova (misure ) per l Italia continentale, e di Catania (misure 1965) e di Cagliari (misure ) per le isole. Il sistema di riferimento altimetrico è realizzato dalla rete di livellazione geometrica di alta precisione IGM.

16 Gauss-Boaga proiezione di Gauss (traversa di Mercatore) due fusi (Est e Ovest) di ampiezza di circa 6 (con 30' di sovrapposizione): da 6 a il fuso Ovest da a il fusoest coordinate piane Gauss-Boaga con false origini di 2520 km (fuso E) e di 1500 Km (fuso O). coordinate geografiche con longitudine riferita al meridiano di Roma M. Mario.

17 UTM Universale Trasversa di Mercatore Il sistema UTM è un sistema cartografico valido per tutta la superficie terrestre. In questo sistema il globo è stato diviso in 60 fusi di 6 gradi di longitudine ciascuno intorno ad un meridiano di riferimento, numerati da O a E a partire dall antimeridiano di Greenwich. Il pianeta è stato inoltre suddiviso da 80 N a 80 S in 20 fasce di 8 di latitudine, indicate con le lettere dell alfabeto inglese da C a X andando da S a N. L intersezione di fusi e fasce determina aree dette zone (individuate da numero del fuso + lettera della fascia, es. 27Q)

18 UTM - Universale Trasversa di Mercatore Il sistema UTM è abbinato, per la rappresentazione delle zone polari (oltre 80 ), alla proiezione stereografica polare centrata sui due poli (UPS - Universal Polar Stereographic).

19 UTM - Universale Trasversa di Mercatore Nel sistema UTM, l Italia ricade nei fusi 32, 33 e, marginalmente, 34; fasce S e T.

20 UTM - Universale Trasversa di Mercatore Nel sistema UTM, vengono individuati quadrati di 100 km di lato, designati con due lettere indicative della riga e della colonna.

21 Carta topografica d'italia La carta si compone di 278 elementi alla scala 1: denominati fogli, numerati progressivamente, che hanno le dimensioni di 30 in longitudine e 20 in latitudine. È realizzata nella rappresentazione conforme di Gauss ed inquadrata nel sistema geodetico nazionale (ellissoide internazionale, orientato su Roma M. Mario 1940). La carta è derivata dai rilievi alla scala 1: e ha curve di livello con equidistanza di 50 metri.

22 Carta topografica d'italia I fogli sono pubblicati in due serie (l una esclude l altra): -Serie 100V a 5 colori o, per alcuni fogli, a 7 colori, con l orografia a sfumo e curve di livello (La disponibilità di una esclude l altra); - Serie 100L a 3 colori, con i limiti amministrativi e l ubicazione delle sedi comunali in viola.

23 Carta topografica d'italia Ciascuno dei fogli è suddiviso in quattro quadranti in scala 1: (ampi 15 di longitudine per 10 di latitudine) designati da numeri romani da I a IV. Ciascun quadrante, a sua volta, è suddiviso in quattro tavolette in scala 1: (ampie 7.5 di longitudine per 5 di latitudine), designate dalla posizione. Le tavolette possono essere ulteriormente suddivise in 4 sezioni in scala 1: (ampie 3.75 di longitudine per 2.5 di latitudine), designate dalle lettere maiuscole da A a D.

24 Carta topografica d'italia Le tavolette in scala 1: (ampie 7.5 di longitudine per 5 di latitudine) della serie 25 e 25V - rilevate negli anni 50 e ormai obsolete - costituiscono l unica copertura nazionale omogenea completa a scala di dettaglio. Le versioni più vecchie sono in b/n.

25 Carta topografica d'italia La nuova serie (incompleta) in scala 1:50 000, formata da 636 fogli (20' in longitudine e 12' in latitudine) inquadrati nella rappresentazione UTM basata sull ED50 è derivata dai rilievi alla scala 1:25000, ha l'orografia a sfumo e curve di livello con equidistanza di 25 metri. Ciascun foglio è suddiviso in 4 tavolette in scala 1: È pubblicata in due serie: - serie 50 a 6 colori, con l'orografia a sfumo e curve con sovrastampa del reticolato chilometrico in magenta; - serie 50/L a 3 colori, con l'orografia a sole curve e con sovrastampa dei limiti amministrativi in viola.

26 Carta topografica d'italia La serie 25DB attualmente in produzione prosegue la precedente serie 25. La carta si compone di 2298 elementi denominati sezioni, con dimensioni di 6' in latitudine e 10' in longitudine. Le sezioni sono ottenute mediante stereorestituzione numerica o derivate dalla cartografia tecnica regionale (CTR) numerica. Il sistema di riferimento geodetico è l ETRS89, che utilizza l ellissoide GRS80, con reticolato chilometrico nella proiezione UTM. Il contenuto informativo comprende: le opere dell uomo, l idrografia, la vegetazione l orografia Il disegno è rapportato alla scala. Ove non è possibile si ricorre ad appropriata simbolizzazione come nel caso delle curve di livello (equidistanza di 25 m) per la raffigurazione dell orografia confini di Stato, limiti amministrativi regionali, provinciali e comunali. La stampa è effettuata in quadricromia. Il taglio geografico di una sezione corrisponde a un quarto di foglio della Carta d Italia alla scala 1: e delimita un territorio di circa 150 kmq.

27 Ortofoto in b/n alla scala 1:5 000 e 1:10 000, ottenute mediante scansione ad alta risoluzione (1.800 dpi) di fotogrammi aerei con quota di volo intorno ai m sono disponibili (su CD o su carta) solo per le maggiori città italiane (capoluoghi regionali e provinciali). Per l ortorettifica viene utilizzato un DTM (modello digitale del terreno) con passo 20 m per correggere le variazioni di scala legate all'altimetria. La georeferenziazione è effettuata con una serie di punti di controllo (circa 10 GCP per foto), in base ai quali viene calcolata la funzione di trasformazione che consente il ricampionamento dell'immagine e l adattamento al sistema di riferimento cartografico UTM ED50. La localizzazione dei GCP avviene attraverso l'utilizzo di cartografia tecnica regionale in scala 1:5.000 e 1: Quando l'area è coperta da più fotogrammi questi sono sottoposti a miglioramento radiometrico tramite stretching dell'istogramma della distribuzione dei livelli di grigio. Per inquadrare l'ortofoto nel sistema di riferimento scelto e facilitarne l'utilizzo vengono inseriti a margine il reticolato chilometrico, il reticolato geografico e una serie di ulteriori informazioni. Ortofotocarte

28 Dati digitali vettoriali I dati sono relativi alle curve di livello, integrate con punti quota, acquisite da cartografia esistente IGM. La produzione è stata eseguita mediante scanner e/o digitizer utilizzando i tipi di archivio e riproducendo fedelmente la geometria ivi presente. Le relative quote sono state successivamente inserite in modo interattivo. I dati orografici, a diversa scala, coprono l'intero territorio nazionale come riportato nel quadro d unione in figura. Le curve di livello (direttrici, intermedie e ausiliarie) ed i punti quota sono stati integrati con la linea di costa (proveniente dalla cartografia 1: ) e i laghi di maggiore estensione presenti sulle carte topografiche. I file sono archiviati per elemento cartografico e le coordinate sono UTM-ED50 nel fuso di appartenenza. Il formato di scambio è il dwg. L attuale metodologia di produzione delle curve di livello, prevede l acquisizione direttamente in forma numerica mediante restituzione fotogrammetrica; per generalizzazione, da cartografia tecnica numerica; da un TIN ottenuto in modo semiautomatico con restitutori digitali. Quest ultima tipologia di dati è inserita nel DB25 (tema altimetria).

29 Dati digitali raster La cartografia IGM, a tutte le scale, è stata convertita in forma digitale mediante scansione del supporto cartaceo. Il dato raster, di tipo RGB, ha una risoluzione di 254 dpi, con una dimensione del pixel quindi dipendente dalla scala della carta (esempio: scala 1: pixel = 2.5 m, scala 1: pixel = 5 m). Per ottenere omogeneità radiometrica lo scanner a rullo è stato impostato, per ogni scala, con gli stessi parametri. La successiva correzione geometrica (georeferezazione) mediante uso di punti di controllo (GCP), permette di relazionare le coordinate immagini con quelle terreno. I dati relativi agli elementi cartografici sono forniti in proiezione UTM (ED50 o WGS84) nel fuso di appartenenza e, nel caso di adiacenza, riproiettate anche nell altro fuso. Per tutti i prodotti esistono versioni con ritaglio lungo le cornici (seamless) per facilitare eventuali mosaicature. Per l utenza ogni dato è disponibile in formato.tiff in scala di colore ad 8 bit con associato un file di testo (.tfw) contenente i parametri della georeferenziazione. Fa eccezione la cartografia serie 100, che viene rilasciata in un formato interno (convertibile in.tiff con software fornito gratuitamente), proiettata solo in UTM-ED50 e senza ritaglio della cornice.

30 Cartografia tecnica regionale Negli ultimi decenni, la produzione delle carte topografiche di base è passata dall IGM alle Regioni, ognuna delle quali ha approntato una carta tecnica regionale in scala 1:10 000, spesso con stralci a scala minore (1:5 000 e 1:2 000), basata sul sistema di proiezione Gauss Boaga (ED50). La mancanza di direttive nazionali ha fatto sì che ciascuna Regione elaborasse autonomamente la propria legenda, rendendo poco confrontabili carte adiacenti prodotte da Enti diversi. La mancanza di controlli centrali, inoltre, ha portato a non avere, nelle aree di confine, la garanzia di omogeneità e continuità del dato. Le CTR sono disponibili su carta (con contenuti informativi e legende diverse per ogni Regione) e in formato digitale (diverso da Regione a Regione) presso gli Uffici cartografici regionali; alcune Regioni consentono di scaricare gratuitamente tanto i dati vettoriali quanto le basi ortofotografiche, mentre altre li mettono a disposizione solo a pagamento (somme enormemente diverse da Regione a Regione). Anche l affidabilità dei dati e la data degli aggiornamenti varia fortemente nel territorio nazionale.