POLITECNICO DI TORINO Dipartimento di Ingegneria del Territorio, dell Ambiente e delle Geotecnologie La carta catastale nei nuovi sistemi di riferimento Alberto Cina E-mail: alberto.cina@polito.it Tel / fax 011-5647630 / 99 WORKSHOP Servizio Catasto Rovereto, 7 novembre 009
Interoperabilita tra DB topografici stesso sistema riferimento Direttiva Europea INSPIRE Nuovo sistema di riferimento realizzato dall IGM con RDN WGS84 coordinate UTM WGS84 nelle realizzazioni: ETRF89 (IGM95) ETRF 000 (RDN Rete Dinamica Nazionale) La carta catastale si compone di più di 300.000 fogli di mappa, riferiti a numerosi sistemi locali: 31 grandi origini (estensioni regionali anche di 100 km) 818 piccole origini (estensioni anche solo pochi km) per un totale di 849 sistemi d asse
Z Le coordinate Cassini Soldner λ 0 O x y α ϕ 0 s P 1 x = s cos α E y = s sin α E 3 3 s sinα cosα E = E = eccesso sferico ρ N 0 0 Deform. ellissoide piano della carta s cosα s sinα y1 + y1 y + y δ = y1 + + sinα cosα ρ N 3 6ρ N Angolare (δ) Lineare (m) Areale (m A ) Cassini Soldner (afilattica) 0 0 0 0 y m = 1+ cos ρ N 0 0 y m = 1+ ρ N 0 0 α Gauss (conforme) m δ = 0 0.9996 1 m = + ρ *0.9996 0N0 = 0.9996 1+ ρ N 0 0 *0.9996 Lo stesso oggetto ha diverse deformazioni nelle rappresentazioni
da Cassini Soldner a Gauss: trasformazione di coordinate Utilizziamo elementi superficiali : Angolo direz. corda OP piano di Gauss: Cassini Soldner ellissoide piano Gauss ϑ OP (x, y) (s, α) = α + δ + γ ε OP 0 δ OP = deformazione angolare Cassini Soldner γ 0 = convergenza trasformata meridiano ε OP = correzione angolare alla corda OP trasformata geodetica s sul piano di Gauss: Cassini Soldner ellissoide piano Gauss OP Nord s GAUSS γ x O = y α ε θ Gauss s m C. S. C. S s m P Est GAUSS Trasporto coordinate piano di Gauss: E = E + s sinϑ P 0 Gauss OP N = N0 + s cosϑ P Gauss OP Otteniamo così coordinate di Gauss nel DATUM di partenza e congruenti con G.Boaga/UTM-WGS84 UTM Bessel /Oriani
da Cassini Soldner a Gauss: trasformazione di DATUM Variazioni di forma degli ellissoidi Gli elementi geodetici (s, α) sono poco dipendenti dalla loro variazione di forma. Es: geodetica uscente da O (ϕ = 46 λ = 11 ): differenze tra: s = 100 km, α = 45 x [mm] y [mm] E [ ] γ [ ] Hayford - Bessel -0.9 0.5-0.0013 0.00007 WGS84 - Bessel -0.7 0.3-0.0010 0.00003 WGS84 - Oriani -.0 0.9-0.007 0.0004 Elementi geodetici superficiali possono essere considerati costanti nel cambio d elissoide (errore < mm / 100 km) Variazioni d orientamento tra ellissoidi: Problema geodetico: confronto coordinate e misure tra punti nei SR stima dei parametri di rotazione e scala nel piano Gauss.
Se non conosciamo l origine catastale? (x, y) i, (N, E) i con i Tx, Ty, α, λ E (0) 0 =Tx, N (0) 0 =Ty (x, y) i (E i, N i ) Gauss Tx, Ty, α, λ (x, y) i, (N, E) i E 0 (0), N 0 (0), α=0, λ=0 (N, E) i, (N, E) i BESSEL Roto 4P CS UTM Roto 4P NO E 0 (1) =Tx, N 0 (1) =Ty E 0 (n) -E 0 (n-1) <ε N 0 (n) -N 0 (n-1) <ε SI E 0 (n) =Tx, N 0 (n) =Ty, α, λ Rideterminazione delle coordinate del vertice con misure Ristima della posizione da pochi punti doppi - noti da monografia - rilevabili sul terreno (RTK) Metodo origine fittizia
Zona test: provincia di Cuneo: superficie: 6903 km 50 comuni 101 origini circa 7500 fogli procedura geodetica di trasformazione da Cassini Soldner a coordinate di Gauss: ricerca e verifica delle origini catastali stima di parametri di trasformazione tra DATUM procedure di trasformazione applicate a cartografia raster e vettoriale verifica della mappa catastale trasformata con misure in campagna
Trasformazione di mappe e confronto con cartografia tecnica Ottima sovrapponibilità su antiche costruzioni, anche in zona di montagna
Trasformazione di mappe e confronto con cartografia tecnica Non buona sovrapponibilità su nuove urbanizzazioni (pur in vicinanza di edifici storici coerenti con la carta tecnica)
Confronti tra mappe di differente origine Mortara Fg. 4 1) Da copione di visura ) Vettoriale collaudato Georeferenziate in UTM-WGS84 con procedura geodetica
Calibrazione raster e sovrapposizione mappe in UTM WGS84 3) Raste originale impianto Sovrapposizione rastervettoriali
Scarti planimetrici tra mappe e rilievo RTK UTM-WGS84 vettoriale copione visura media 1.43 ± 0.85 m vettoriale collaudato media 0.51 ± 0.48 m raster originale impianto media 0.58 ± 0.38 m sc arto p lan im e trico 3,5 3,5 1,5 1 0,5 0 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 1 3 5 punti RTK sc arto p lan im e trico 1,5 1 0,5 0 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 1 3 5 punti RTK scarto planimetrico 1,5 1 0,5 0 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 1 3 5 punti RTK
Il miglioramento della mappa catastale gli errori 1) Errori accidentali (misura, graficismo, collimazione a particolari cartografici ) stima con minimi quadrati ) Errori sistematici: nell ipotesi di deformazioni cartografiche correttamente considerate: -) deformazioni della mappa (supporto cartaceo, scanner ) e modello usato per la calibrazione -) deformazioni del sistema di riferimento della rete storica rispetto a quello di arrivo individuare la legge di variazione (calibrazione della mappa) 3) Errori grossolani di rilievo o di riporto in mappa da individuare e risolvere per singolo caso
Tecniche di rubber-sheeting Proposte da Gillman (1985), Saalfeld (1985), Griffin (1985), si basano su trasformazioni omeomorfiche a partire da punti omologhi su due mappe. Si tratta di trasformazioni a pezzi : una triangolazione divide la mappa in subset su cui applicare trasformazioni lineari affini Vantaggi: semplicità computazionale conserva la relazioni topologiche onora i punti di controllo Svantaggi: approccio puramente deterministico che tiene i punti di controllo fissi (privi d errore)
Trasformazioni geometriche polinomiali trasformazioni geometriche: convertono una mappa digitale da un sistema di coordinate ad un altro, utilizzando set di punti e di misure omologhi dipendenza dei parametri dagli errori con cui sono note coordinate e misure trasformazioni polinomiali, ad es.: V = a + b + c + d + e + f Uno dei problemi dell interpolazione polinomiale è l oscillazione della funzione dove mancano dati Dati originali Grado 3 Grado 7 Grado 11
Dati origine Trasformazioni con spline interpolazione polinomiale: un solo polinomio su tutto l intervallo interpolazione spline: si suddivide l intervallo in più sotto-intervalli polinomio di grado basso (lineare, cubico) su ogni intervallo L interpolazione spline presenta errori minori ed è più liscia di quella polinomiale Spline mono risol. Problemi in zone con distribuzioni spaziali di punti non omogenee Caso 1: alta risoluzione deficienza di rango con pochi dati Caso : bassa risoluzione minor precisione anche con tanti dati Spline multirisoluzione: hanno differente dominio per garantire in ogni regione una risoluzione adeguata Fonte: Brovelli, Zamboni (008) Spline multi risol.
Trasformazioni piane Se il polinomio è di grado 1 avremo le trasformazioni: trasformazione conforme 4 parametri: trasformazione affine 6 parametri: Parametri stimabili m.q. da coordinate nei SR a ' + b ' + e = v c ' + d ' + f = v x y = a ' + d ' + e = d ' + a ' + f = a ' + b ' + e = c ' + d ' + f Es. trasf. affine: stima 6 parametri da n > 3 punti doppi stima (a,b,c,d,e,f,g) Possiamo stimare i parametri da misure di angoli e distanze?
caso dell azimut: Stima dei parametri dalle misure Stima dei parametri da misure di angoli e distanze tra punti di coordinate cartografiche. Riportiamole ad un sistema, di misura: le differenze di coordinate tra punti rilevati saranno più precise. caso della distanza: ( ' ' ) ( ' ' ) + d = v 1 1 1 Nel sistema carta : ( ) ( ) ( ) Nel sistema carta : a + c + b + d + ab + cd d = v ' 1 1 1 1 1 ' 1 arctg A1 = v ' ' 1 a + b = 1 1 arctg A1 v c 1 + d 1 angolo azimutale sistema carta: a + b a + b c + d c + d 13 13 1 1 arctg arctg α = v 13 13 1 1 con = ( ) e = ( ) 1 1
I modelli linearizzati (trasformazione affine) 1 d 1 A 34 3 ' ' 1 1 0 0 1 0 a ' ' 0 0 1 1 0 1 b a b b a c d d c c + + + + 0 0 d d d 1 d1 d1 d1 c d c d a b a b e + + + + A 0 0 d 1 d 1 d 1 d 1 f. 4 Note: coordinate ( ) 134 1, 1 misurate d 1 e A 34 Ax l = v 0 1 1 (0) 1 d1 (0) 1 A1 v v = v d v A T T ˆ ( ) 1 0 x = A PA A Pl C = ˆ σ xx ˆˆ 0 ( T ) A PA 1
TRASFORMAZIONE DI MAPPE RASTER AD ALTRI S.R. pixel pixel Nord Est = A* + B* + E Nord = C* + D* + F Est Sistema di coordinate immagine Sistema di coordinate cartografiche (, ) (pixel) (, ) (Cassini Soldner) (E, N) UTM = a + b + e = c + d + f E = A + B + E N = C + D + F La trasformazione complessivamente sarà: E = A (a + b + e) + B * (c + d + f) + E N = C (a + b + e) + D * (c + d + f) + F Il file TFW della trasformazione affine da (,) a (, ) sarà composto dalle 6 righe con valori ottenibili eseguendo i prodotti: 1) a A + c B ) b A + d B 3) a C + c D 4) b C + d D 5) E + e A + f B 6) F + e C + f D
Una trasformazione affine di una affine è sempre affine Param. TFW da px a CS TFW da CS a GB TFW da px a GB affine proc. Geodetica A 0.31188571 0.99953646 0.31039619 B 0.0000000000-0.03008509 0.00966988 C 0.0000000000 0.030073610 0.009659300 D -0.31188571 0.99959390-0.31037417 E -19039.64 1681143.797 1666400.85 G -14511.187 537881.10 5094864.41
Conclusioni Procedure di ricalibrazione della mappa applicabile a intero foglio o parte di esso (rubber sheeting) Rimuovere errori grossolani dalle misure e dai punti doppi, per non deviare la stima dei parametri Trasformazioni polinomiali da usare con cautela e difficilmente reversibili Trasformazioni con spline multirisoluzione idonee per distribuzione di dati non regolare Valutare la significatività dei parametri prima di applicarli (Cxx) Procedura di ricalibrazione automatizzabile sia su raster che su vettoriali, una volta stimati i parametri della trasformazione