PROVINCIA REGIONALE DI TRAPANI UFFICIO DEL PIANO EX ART. 12 L.R. 9/86 NODO PROVINCIALE SISTEMA INFORMATIVO TERRITORIALE REGIONALE EGIONALE Appunti di Cartografia e Geodesia Giornata di Formazione sui Sistemi Informativi Territoriali per la gestione dei dati territoriali e cartografici. Trapani, 25 giugno 2012
Concetti di base Lo strumento di conoscenza più completo del territorio è la cartografia, intesa non soltanto come mezzo di rappresentazione, ma come parte necessaria ed indispensabile di un più ampio sistema di raccolta e gestione dei dati informativi territoriali, quindi essenziale fattore di progresso culturale, sociale ed economico. Anticamente, il disegno della carte geografiche era strettamente attinente alla necessità di rappresentare i luoghi di conquista e di commercio e comunque era condizionato dalla mancanza di strumenti adeguati al rilievo e dalle limitate conoscenze che si avevano sulla configurazione del pianeta. I dettagli delle zone interne erano approssimati e limitati all indispensabile.
Concetti di base Una carta geografica non è altro che una figura piana, che rappresenta la superficie della Terra o una sua porzione (Lagrange 1736 1813) Per cartografia si intende il complesso degli studi e delle operazioni scientifiche, artistiche e tecniche che si svolgono a partire dai risultati delle osservazioni dirette o dalla utilizzazione di una documentazione al fine di elaborare ed allestire carte, piante ed altri modi d espressione atti a risvegliare l immagine esatta della realtà Associazione Cartografica Internazionale (1966)
Enti Cartografici La legge 68 / 60 definisce gli organi cartografici ufficiali delle Stato: Istituto Geografico Militare (IGM) Istituto Idrografico della Marina (IIM) Centro Informazioni Geotopografiche dell Aeronautica (CIGA) Dipartimento del Territorio (Catasto) Servizio Geologico Inoltre attualmente le Regioni sono responsabili della Cartografia Tecnica Regionale del loro territorio.
Cartografia La carta geografica è una rappresentazione su piano, ridotta, approssimata e simbolica della superficie terrestre. Su piano perché la Terra è sferica e le rappresentazioni cartografiche sono piane (da ciò le proiezioni: polare, equatoriale, azimuthale, sinusoidale, ecc) Ridotta perché la distanza sulla carta è inferiore a quella reale (rapporto di scala) Approssimata perché non tutti gli elementi che compongono la superficie della Terra possono essere rappresentati Simbolica perché vengono usati simboli per rappresentare gli elementi non scalabili necessari ad una chiara lettura della carta stessa; tali elementi sono spiegati nella legenda, senza la quale una carta è inutile.
Concetto di rappresentazione RAPPRESENTAZIONE DI POSIZIONI DI PUNTI NELLO SPAZIO È PREPONDERANTE L IMPORTANZA DELLE INFORMAZIONI DI TIPO METRICO, RAPPRESENTATE DA COORDINATE DI PUNTI IN UN SISTEMA DI RIFERIMENTO PRESCELTO CARTE GENERALI o di BASE RAPPRESENTAZIONE DI TEMATISMI (o ATTRIBUTI) IN QUESTO CASO LE INFORMAZIOBNI SPECIFICHE RELATIVE AL TEMA ASSUMONO IMPORTANZA PREPONDERANTE RISPETTO ALLE INFORMAZIONI DI TIPO METRICO CARTE TEMATICHE
Carte di Base Forniscono informazioni di tipo metrico e descrittivo della superficie fisica della Terra Mostrano la posizione di molti tipi di configurazioni geografiche (corsi d acqua, strade, ecc.) IGMI scala 1:50.000
Carte Tematiche Sono carte per usi speciali, e rappresentano la distribuzione geografica di uno o più fenomeni di interesse Esempi: Uso del suolo Rischio sismico Rischio idrogeologico Importantissimo - Simbologia - Legenda
Concetto di scala Per realizzare una carta, la prima operazione da eseguire consiste nel mappare la superficie terrestre su una SUPERFICIE di RIFERIMENTO ridotta a dimensioni compatibili con la carta da realizzare Il rapporto di riduzione si esprime con una frazione che ha per numeratore 1 e per denominatore il numero per il quale occorre moltiplicare una lunghezza misurata sulla carta per avere la corrispondente lunghezza reale Per scala si intende il rapporto numerico tra le misure lineari rappresentate sulla carta e quelle reali corrispondenti 1:5000 1 cm = 5000 cm 1 cm = 50 m Rappresentazione a scale diverse della medesima area (si noti la differenza di particolari visibili alle diverse scale di rappresentazione
Concetto di scala più piccola è la scala minore è la quantità di informazioni che figurano nella carta genericamente in funzione della scala le carte possono essere classificate come segue: piante e mappe in grande scala, maggiore di 1:5000 o 1:10.000 (carte catastali o tecniche) carte topografiche in grande scala compresa fra 1:10.000 e 1:200.000 carte corografiche in scala media compresa fra 1:200.000 e 1.1000.000 carte generali o geografiche in piccola scala in genere a partire dal milionesimo
Rappresentazione superficie terrestre La superficie terrestre è di forma irregolare e non semplice da definire matematicamente Le dimensioni della terra eccedono le nostre capacità di misura OCCORRE RIFERIRE I PUNTI DELLA SUPERFICIE TERRESTRE A UNA SUPERFICIE MENO COMPLESSA SUPERFICIE DI RIFERIMENTO Si può approssimare secondo un fattore di scala
Rappresentazione superficie terrestre Da un punto di vista teorico, la determinazione della forma della superficie terrestre ha sempre suscitato l'interesse degli scienziati, a partire da Gauss che nel 1828 descrisse la "figura matematica della Terra". In prima approssimazione la Terra può essere considerata sferica, ma è ovvio che per molte applicazioni questa schematizzazione è assolutamente insufficiente, essendovi uno schiacciamento ai poli che fa sì che il raggio polare sia di vari chilometri minore dei raggi equatoriali (6,356.750 km contro 6,378.135 Km, rispettivamente). Una approssimazione migliore può essere fatta considerando la rotazione terrestre ed il campo potenziale generato dall'unione di rotazione e gravità. In questo modo Clairaut, nel 1743, trovò che la superficie equipotenziale è un ellissoide di rotazione.
Caratteristiche superficie di riferimento deve approssimare bene la superficie terrestre; deve avere una rappresentazione matematica semplice ; deve essere possibile stabilire una corrispondenza biunivoca fra i punti della superficie terrestre e quelli della superficie di riferimento deve essere possibile istituire una geometria per i calcoli geodetici sulla superficie di riferimento Possibili scelte GEOIDE ELLISSOIDE i punti della superficie terrestre vengono idealmente proiettati sulla superficie di riferimento che si è scelta SFERA
Il Geoide La superficie della Terra è il GEOIDE, cioè la superficie normale in ogni punto alla direzione della verticale, cioè alla direzione della forza di gravità. E la superficie di livello che meglio interpola la superficie media degli oceani. Tale superficie è piuttosto complicata da trattare analiticamente si devono quindi introdurre delle semplificazioni
Il Geoide In figura è visibile una rappresentazione delle altezze del geoide EGM96 rispetto all'ellissoide GRS80. Il minimo è di -106 m sopra l'oceano indiano, mentre il massimo è di circa 85 metri.
L Ellissoide Il Geoide viene approssimato ad ad un ellissoide di rotazione detto ellissoide terrestre. - Approssima la superficie terrestre meno correttamente del Geoide - Non è fisicamente individuabile - Ha una rappresentazione matematica semplice (è definito in funzione di due soli parametri) - In cartografia, è la superficie di riferimento più comunemente utilizzata Viene definito ellissoide di rotazione con centro nell origine del sistema di riferimento il luogo dei punti x,y,z tali che Equazione dell ellissoide di rotazione A seconda dei valori assunti da a e c abbiamo ellissoidi di forme diverse. Inoltre in funzione dei due semiassi vengono definiti i seguenti parametri di forma
Concetto di DATUM DATUM GEODETICO Un sistema di riferimento che permette di esprimere in termini matematici la posizione di punti della superficie fisica della Terra o prossimi ad essa. Nella geodesia classica, la definizione di DATUM è basata sul concetto di superficie di riferimento. Nella pratica, la definizione del datum consiste nell individuare un ellissoide orientato localmente. Una volta definito il datum geodetico in cui si opera, la posizione di un punto può essere individuata, pur restando, nello stesso datum, mediante diversi sistemi di coordinate, tra loro praticamente equivalenti perché è possibile passare dall uno all altro con opportune formule di trasformazione.
Concetto di DATUM Si adotta convenzionalmente un determinato ellissoide (es. Hayford), del quale sono noti i parametri di dimensione e forma (es. semiasse maggiore e schiacciamento). L ellissoide viene orientato in un dato punto (detto punto di emanazione) imponendo che in quel punto si verifichino le seguenti condizioni geometriche: 1. La normale ellissoidica coincida con la verticale; 2. La direzione del meridiano ellissoidico coincida con quella del meridiano astronomico; 3. La quota ellissoidica coincida con quella ortometrica
Sistemi di riferimento Un sistema di riferimento è un insieme di misure e regole per la determinazione della posizione spazio-temporale di punti indipendentemente dal sistema di coordinate adottato Il sistema di riferimento blocca i gradi di libertà associati al sistema di equazioni di osservazioni utilizzate (e quindi all insieme di misure possibili) Sistema di Riferimento Convenzionale Terrestre (SRCT) Z diretto come il Polo medio negli anni 1900-1905 X diretto come l intersezione fra piano equatoriale e piano meridiano per Greenwich Y tale da completare la terna destrorsa Sistema di Riferimento WGS84 (Word Geodetic Systems 84) Z diretto come il Polo medio nell anno 1984 X diretto come l intersezione fra piano equatoriale e piano meridiano per Greenwich Y tale da completare la terna destrorsa
SISTEMI DI COORDINATE: coordinate geografiche ellissoidiche Le coordinate geografiche φ (latitudine) e ω (longitudine) le abbiamo definite trattando la geometria dell ellissoide. La coppia di valori (φ e ω) definisce la posizione planimetrica di un punto, Ovvero la posizione della proiezione del punto sull ellissoide (in figura Po) L altimetria, solitamente viene trattata a parte. Nella geodesia satellitare (dove le osservazioni sono di natura tridimensionale), alla coppia (φ e ω) viene associata la quota ellissoidica h. La terna (φ,ω,h) definisce la posizione tridimensionale di un punto (nella figura accanto osserviamo le coordinate φp,ωp,hp del punto P (punto generico, non appartenente all ellissoide). Tra tutti i tipi di coordinate, le geografiche sono quelle usate generalmente: vengono usate per fornire i risultati delle compensazioni delle reti (sia trigonometriche classiche che GPS), per individuare i vertici nelle monografie e cataloghi, e per i problemi di posizionamento e georeferenziazione in genere.
SISTEMI DI COORDINATE: coordinate geografiche geocentriche Le coordinate geocentriche (X,Y,Z) sono le coordinate cartesiane di un punto rispetto alla terna d assi geocentrica OXYZ. La terna di valori (X,Y,Z) definisce la posizione tridimensionale di un punto in modo del tutto equivalente alla terna (φ,ω,h) riferita all ellissoide geocentrico, aventi gli assi lungo le direzioni X,Y,Z. Le coordinate geocentriche individuano la posizione tridimensionale di un punto senza equivoci.
SISTEMI DI COORDINATE: coordinate cartesiane locali Le coordinate cartesiane locali (e, n, h) sono le coordinate di un punto rispetto alla cosiddetta terna euleriana Po neh avente origine in un punto Po della superficie ellissoidica, asse h diretto secondo la normale all ellissoide in Po, assi e ed n nel piano tangente, rispettivamente tangenti al meridiano e al parallelo per Po Questo sistema viene utilizzato talvolta nei rilievi GPS per esprimere posizioni tridimensionali o altra grandezze vettoriali in un sistema che, pur essendo cartesiano, è locale e aderente al terreno, e permette di scindere (anche se non in modo rigoroso) la componente altimetrica da quelle planimetriche. Le coordinate cartesiani locali, in un intorno dell origine, corrispondono praticamente alle coordinate che si potrebbero misurare sul piano tangente, e quindi risultano particolarmente utili nei tracciamenti di cantiere e altre problematiche ingegneristiche. Naturalmente, un riferimento euleriano può essere utilizzato solo in un limitato intorno dell origine Po.
SISTEMI DI COORDINATE: coordinate geodetiche locali La posizione planimetrica di un punto può essere espressa mediante le coordinate geodetiche polari (s,α) rispetto ad un punto O dell ellissoide assunto come origine (detto polo), definito dalle sue coordinate geografiche (φo,ωo). La coordinata s (distanza polare) rappresenta la distanza del punto dal polo, misurata lungo un arco di geodetica, mentre α (detto azimut geodetico o semplicemente azimut) è l angolo formato dalla geodetica con il meridiano per O, contato in senso orario a partire dal Nord. In modo equivalente, la posizione planimetrica di un punto può essere espressa mediante le coordinate geodetiche ortogonali o rettangolari (X,Y) rispetto al punto O noto, assunto come origine. La coordinata X rappresenta la lunghezza dell arco di meridiano compreso tra O e Q, piede della geodetica perpendicolare al meridiano condotta da P. La Y è la lunghezza dell arco di geodetica Q-P I due sistemi, sono tra loro equivalenti, hanno validità locale, sono adatti a definire posizioni nell interno dell origine Po, e vengono utilizzati prevalentemente nella geodesia classica. Le coordinate geodetiche ortogonali coincidono con le coordinate piane cartografiche CASSINI- SOLDNER ancora oggi utilizzate dal Catasto in diverse Province.
SISTEMI DI COORDINATE: coordinate piane cartografiche La posizione planimetrica di un punto può essere espressa anche mediante le sue coordinate piane in una qualsiasi rappresentazione cartografica. Dato che la rappresentazione cartografica stabilisce una corrispondenza biunivoca tra ellissoide e piano della carta, le coordinate piane cartografiche sono in pratica del tutto equivalenti alle coordinate geografiche (φ e ω), alle quali possono essere ricondotte con le equazioni della carta e le inverse. In Italia vengono usate prevalentemente le coordinate Gauss-Boaga (N,E) e le coordinate Cassini-Soldner (X,Y). Per la loro praticità d uso, le coordinate cartografiche sono le più utilizzate per definire le posizioni planimetriche nei rilevamenti, sia nella fotogrammetria che nel rilievo a terra con tecniche topografiche tradizionali o GPS.
Cartografia: LE COORDINATE GEOGRAFICHE Nel sistema di coordinate terrestri si sceglie come piano fondamentale quello dell'equatore mentre la direzione fondamentale è l asse di rotazione della Terra. Si suppone che la superficie terrestre sia, in prima approssimazione, di forma sferica. Un qualunque piano che contenga l'asse terrestre (piano meridiano), determina sulla superficie terrestre un cerchio massimo passante per i poli detto circolo meridiano. I paralleli invece sono i circoli formati dall'intersezione tra qualunque piano parallelo all'equatore con la superficie terrestre. I paralleli sono tanto più piccoli quanto maggiore è la loro distanza dall'equatore. Per meridiano geografico si intende una semicirconferenza compresa tra i due poli ed ogni meridiano ha un suo antimeridiano che completa il circolo meridiano, dalla parte opposta. I meridiani sono tutti uguali fra loro.
Cartografia: LE COORDINATE GEOGRAFICHE Paralleli e meridiani formano una rete sulla superficie (reticolato geografico), che ci permette di identificare la posizione assoluta di un punto. Per far questo basta indicare il parallelo e il meridiano che passano per tale punto (parallelo del luogo e meridiano del luogo). Allo scopo di indicare un preciso parallelo o meridiano, si definiscono le coordinate geografiche. La longitudine geografica (λ) è la distanza angolare di un punto dal meridiano fondamentale (o di Greenwich), misurata sull'arco di parallelo che passa per quel punto: è l angolo compreso tra il piano del meridiano del punto e il piano del meridiano fondamentale. Nel disegno qui a fianco, si tratta dell'angolo PAO dove A è un punto sull asse terrestre appartenente al piano del parallelo di P.
Cartografia: LE COORDINATE GEOGRAFICHE La latitudine geografica (φ) è la distanza angolare di un punto dall equatore misurata lungo il meridiano che passa per quel punto. Essa corrisponde all'angolo compreso tra la verticale del luogo e il piano dell'equatore. Nel disegno si tratta dell'angolo PCP' dove C è il centro della Terra. Essa varia da +90 (polo nord) a -90 (polo sud). I punti lungo l'equatore hanno latitudine 0. Sia la longitudine che la latitudine geografiche vengono espresse in gradi e frazioni di grado. I paralleli si possono considerare insiemi di punti sulla superficie terrestre che hanno uguale latitudine e i meridiani insiemi di punti con uguale longitudine. Meridiani e paralleli sono infiniti, ma spesso si usa prendere in considerazioni quelli che distano di un grado l'uno dall'altro. Essi sono detti meridiani di grado e paralleli di grado. Esistono 360 meridiani di grado e 178 paralleli di grado (escludendo i due paralleli ai poli, che sono ridotti ad un punto).
Cartografia: LE COORDINATE GEOGRAFICHE Latitudine e Longitudine sono tradizionalmente misurate in gradi, minuti e secondi. La latitudine varia tra 90 (Polo Sud), 0 (parallelo coincidente con l equatore) e 90 (Polo Nord). La longitudine ha l asse 0 coincidente con il meridiano che parte dal Polo Nord, passa da Greenwich, Inghilterra (nel 1884 si è scelto come meridiano origine), e finisce al Polo Sud. Essa è misurata positivamente, fino a 180 partendo da Greenwich verso est e negativamente fino a 180 viaggiando da Greenwich verso ovest.
Cartografia: LE COORDINATE METRICHE Nell operare la localizzazione di particolari presenti sul terreno e la loro rappresentazione sulla carta, è necessario adottare un sistema di coordinate che consenta di specificare la posizione di ciascun singolo punto. Scopo della cartografia è quello di rappresentare sul piano (sulla carta) la superficie terrestre, affrontando e cercando di risolvere al meglio il problema fondamentale collegato al fatto che una superficie sferica non è sviluppabile su una superficie piana. Se le coordinate geografiche (latitudine, longitudine e quota) consentono di specificare correttamente la posizione di un punto sul terreno (ferma restando la modellizzazione della Terra con un opportuno ellissoide), per consentire una rappresentazione sulla carta occorre fare ricorso a coordinate piane ed a opportune formule di trasformazione delle coordinate geografiche in quelle piane. I sistemi cartografici più utilizzati sono il sistema di coordinate Gauss-Boaga, quello UTM e quello Catastale.
Confronto fra quote geoidiche ed ellissoidiche Ellissoide di Bessel 1830 a = 6 377 397 m c = 6 356 079 f = 1/299.15 Ellissoide di Hayford 1909 a = 6 378 388 c = 6 356 912 f = 1/297 Ellissoide WGS84 1984 a = 6 378 137 c = 6 356 752 f = 1/298.257 Quote ellissoidiche (h): vengono calcolate tramite GPS (oppure con livellazione trigonometrica) Quote ortometriche (H) rispetto al Geoide: vengono calcolate mediante la livellazione geometrica h = H + N
Ellissoide globale e locale Storicamente l ellissoide di riferimento veniva orientato localmente per consentire un miglior adattamento locale al geoide Attualmente la tendenza è di utilizzare ellissoidi geocentrici con adattamento globale al geoide In Italia l orientamento del sistema di riferimento è stato definito con dati astronomici del 1940 a Roma Monte Mario con azimut riferito a M.te Soratte. Sdr ROMA40 (Ell. Hayford) Ф = 41 55 25.51 Λ = 12 27 8.40 (E da GW) Α (M.te Soratte) = 6 35 88 l ED50 è un Sistema di riferimento medio europeo definito per uniformare la cartografia d Europa a cui ha aderito anche l Italia (ell. Hayford)
Rappresentazioni cartografiche RAPPRESENTAZIONE PER VIA GEOMETRICA PROIEZIONI PROSPETTICHE CILINDRICHE PROIEZIONI CONICHE PER SVILUPPO RAPPRESENTAZIONE PER VIA ANALITICA Si scrivono equazioni del tipo X = X (φ, λ) Y = Y (φ, λ) X, Y = coordinate punti carta φ, λ = coordinate punti su ellissoide qualsiasi rappresentazione geografica presenta deformazioni
Sistemi di proiezione: azimutale Proiezione azimutale: il piano della carta, o quadro, è tangente alla sfera in un punto detto centro di proiezione. Un gruppo particolare di tali proiezioni sono le proiezioni prospettiche, in cui si ha la proiezione della superficie del globo o di parte di essa da un determinato punto di vista su un piano. Punto di vista centrografico, La proiezione avviene al centro della sfera Punto di vista stereografico, la proiezione avviene dal polo opposto
Sistemi di proiezione: coniche Sistemi di proiezione: coniche il globo è inviluppato in una superficie conica sulla quale viene proiettato il globo stesso. Lambert ne propose una di tipo equivalente ed una di tipo conforme. proiezione Conica di Lambert
Sistemi di proiezione: cilindriche Il globo è inviluppato in un cilindro tangente al globo stesso e sviluppato sul piano cilindrica diretta: la superficie cilindrica è tangente all equatore cilindrica inversa: la superficie cilindrica è tangente ai poli
Sistemi di proiezione: cilindriche La Carta di Mercatore è una proiezione cilindrica modificata, costruita già nel XVI secolo dal cartografo olandese Mercatore; in questa carta i meridiani sono rette parallele egualmente distanziate, mentre i paralleli sono disegnati ad intervalli sempre maggiori via via che si procede verso i poli; questi ultimi non sono rappresentabili. Infatti all allungamento a cui sono soggetti gli archi di parallelo (per il fatto che questi non convergano verso i poli) vien fatto corrispondere un proporzionale allontanamento reciproco dei paralleli stessi. Questa modificazione comporta delle notevoli deformazioni (le regioni verso i poli risultano fortemente ingrandite), ma conferisce alla carta di Mercatore due importanti proprietà: 1. è rigorosamente isogonica (conforme) 2. riproduce in forma rettilinea qualsiasi curva lossodromica (Si definisce curva lossodromica una qualsiasi linea che mantenga sempre lo stesso angolo rispetto ai meridiani)
Sistemi di proiezione: cilindriche La proiezione cilindrica equivalente di Lambert è una proiezione vera di sviluppo nella quale si proiettano innanzitutto i punti della Terra su una superficie cilindrica tangente all equatore; per tutti i punti situati su ciascun parallelo viene adottato come punto di vista l intersezione del piano dello stesso parallelo con l asse terrestre. Nello sviluppo piano che si ottiene, le maglie del reticolo geografico risultano quasi quadrate all equatore, mentre assumono la forma di rettangoli sempre più schiacciati man mano che ci si avvicina ai poli. Oltre a quella dell equivalenza, non ha altre proprietà; viene usata soprattutto per costruire carte tematiche dell intera superficie terrestre (planisferi), oppure carte geografiche di zone prossime all equatore.
Deformazioni cartografiche Nel passaggio da superficie di riferimento a piano della rappresentazione cartografica si possono avere deformazioni deformazioni di angoli fra direzioni deformazione di aree deformazione di distanze fra punti CARTE EQUIVALENTI vengono conservati i rapporti fra aree infinitesime nel passaggio da ellissoide a piano della carta CARTE CONFORMI (o isogone) gli angoli restano inalterati nel passaggio da ellissoide a piano della carta (si conserva la similitudine fra figure infinitesime corrispondenti) CARTE AFILATTICHE sono carte che presentano deformazioni di diverso tipo, ma molto piccole CARTE EQUIDISTANTI vengono conservati i rapporti fra lunghezze infinitesime nel passaggio da ellissoide a piano della carta
Scala nominale e fattore di scala La scala nominale è la scala di riduzione che viene applicata alla superficie di riferimento Nel passaggio da superficie di riferimento a piano cartografico non si conserva costante su tutta la superficie della carta, ma vale solo lungo le linee (o nei punti) di tangenza fra superficie di riferimento e piano cartografico (o superficie sviluppabile) Fattore di scala o modulo di deformazione lineare scala effettiva carta scala nominale È definito dal rapporto (valutato in un punto)
Errore di graficismo Al concetto di scala è legato quello di deformazione della carta; infatti le deformazione della carta occorre siano inferiori all errore di graficismo (corrispondente a 0.2 mm sul foglio di disegno). Scala su carta Deformazione media 1:500 10 cm 1:1000 20 cm 1:2000 40 cm 1:5000 1 m 1:10000 2 m 1: 25000 5 m 1: 50000 10 m 1:100000 20 m 1:1000000 200 m La tolleranza della carta (l errore massimo) è, per convenzione, il doppio di questi valori
Il Sistema Nazionale Roma 40-Gauss Boaga Il Sistema cartografico prescelto dall Italia a partire dal 1941 è chiamato Roma40-Gauss- Boaga e il trasferimento sull ellissoide internazionale è orientato a Roma (Monte Mario) Questo sistema è stato sviluppato sulla base degli studi di Giovanni Boaga, attraverso la suddivisione della rappresentazione cartografica in due fusi di 6 di longitudine, denominati rispettivamente fuso ovest e fuso est Roma40 e Gauss Boaga Sistema geodetico nazionale (Roma 40) Ellissoide: Internazionale (Hayford) Centro di emanazione: Roma Osservatorio Astronomico, Monte Mario Coordinate di Monte Mario nei principali sistemi di riferimento Datum Latitudine λ Longitudine φ Roma 40 41 55 25, 510 N 0 = 12 27 08, 400 E da Greenwich ED 50 41 55 31, 487 N 0 = 12 27 10, 933 E da Greenwich
Il Sistema Europeo ED 50 L unificazione del sistema di riferimento geodetico, attuata attraverso la compensazione d insieme delle reti geodetiche europee e definita dal sistema European Datum 1950, in sintesi ED 50, ha posto il problema dell adeguamento della cartografia nazionale dei vari Paesi interessati. In Italia le modificazioni per l adozione del sistema di riferimento europeo nella cartografia nazionale hanno avuto inizio dal 1951. Questo ha comportato, dapprima, il riporto del reticolato ED 50 sull edizione militare della stessa cartografia, mentre l edizione civile restava indicato soltanto il sistema nazionale Gauss-Boaga,e in proseguio, l allestimento di una unica edizione nel riferimento unificato ED 50, da utilizzare sia nel campo civile che in quello militare. Nel sistema di riferimento europeo è stata progettata nel 1964, dall IGMI, la nuova Carta topografica d Italia alla scala 1:50.000 ED50 European Datum 50 Ellissoide: Internazionale (Hayford). Centro di emanazione: Postdam Orientamento Medio Europeo
Il Sistema GPS WGS 84 Quando non esistono mappe della zona da rilevare, o quelle esistenti non sono sufficientemente accurate, si ricorre alla rilevazione dell informazione tematica utilizzando sistemi GPS (Global Positioning System) per la localizzazione. E un sistema di posizionamento globale, cioè nello spazio tridimensionale, che si basa esclusivamente sull osservazione di una costellazione di satelliti artificiali, chiamati GPS satellites. Con questi sistemi si possono ottenere le coordinate (x,y,z) di un punto sulla superficie terrestre in modo veloce ed economico. Tre sono i componenti fondamentali del sistema: 1. Il segmento spaziale, composto da 24 satelliti, che sono i punti di riferimento rispetto ai quali viene fatta la rilevazione e garantiscono la costante copertura del globo 2. Il segmento di controllo, composto dalle stazioni di terra 3. Il segmento utente, costituito dai ricevitori GPS Per poter effettuare una misura con un GPS, è necessario ricevere il segnale di almeno quattro satelliti. Il sistema di riferimento geocentrico adottato nelle determinazioni GPS, viene indicato convenzionalmente Word Geodetic System 1984, o semplicemente WGS 84, e definisce nel suo insieme un modello matematico della Terra sia sotto l aspetto geometrico, che quello geodetico e gravitazionale.
Il Sistema GPS WGS 84 WGS84 World Geodetic System 84 Ellissoide di riferimento: GRS Centro di emanazione: coincidenza dei centri ellissoide e geoide.
Cartografia: IL SISTEMA CARTOGRAFICO INTERNAZIONALE UTM Con la proiezione cilindrica diretta di Mercatore il globo terrestre viene avvolto da un cilindro il cui asse è coincidente con l asse terrestre. Sulla superficie del cilindro viene proiettata la superficie terrestre ottenendo una cartografia conforme (figure dei continenti geometrica-mente simili a quelle rappresentate). Tuttavia, tale proiezione introduce deformazioni crescenti dall equatore ai poli (rappresentati da una linea!) giudicate inaccettabili per una rappresentazione cartografica accurata.
Cartografia: IL SISTEMA CARTOGRAFICO INTERNAZIONALE UTM Ponendo il cilindro di proiezione con l asse coincidente ad un diametro equatoriale, la superficie di contatto con il globo si materializza lungo il meridiano tangente, per cui le deformazioni sono molto piccole e comunque accettabili per la rappresentazione cartografica. Ai lati del meridiano di tangenza le deformazioni diventano via via più grandi fino a diventare inaccettabili. Pertanto, si sposta il cilindro affinché sia tangente ad un altro meridiano, cioè ad un altra zona da cartografare. Tale sistema di proiezione viene chiamato Universal Transverse Mercator (U.T.M.), (proiezione universale trasversa di Mercatore), per l ovvia analogia con il sistema originario, ed è stato elaborato da GAUSS.
La Cartografia Italiana La cartografia IGMI scaturisce dalla proiezione cilindrica inversa di Gauss la cui applicazione nel territorio nazionale fu studiata dal topografo italiano Boaga, da cui la definizione proiezione cilindrica inversa di Gauss-Boaga. A partire dal 1950 il sistema geodetico e cartografico si è arricchito, a seguito della definizione di un sistema di dati europeo (ED50), permettendo un alternativa nella designazione dei diversi punti topografici e nella definizione di un nuovo reticolato Questa alternativa viene riferita nella cartografia ufficiale italiana da un duplice e ben distinto reticolato che consente di identificare entrambi i sistemi in uso SULLE CARTE IGMI SI TROVANO SIA IL RETICOLATO CHILOMETRICO NEL RIFERIMENTO ITALIANO GAUSS-BOAGA ROMA40, SIA IL RIFERIMENTO EUROPEO UTM-ED50
La cartografia Italiana Il territorio italiano è disegnato su due fusi, di ampiezza in longitudine di poco superiore a 6, detti fuso Ovest (primo fuso) e fuso Est (secondo fuso). I due fusi hanno una sovrapposizione di circa 1/2 grado. Il sistema di riferimento italiano è quello di: Monte Mario - Roma 40: l origine delle coordinate è stata fissata nel 1940 all Osservatorio di Roma Monte Mario, la cui longitudine rispetto a Greenwich è pari a λ =12 27 08,40 Superficie di Riferimento: Ellissoide Internazionale di Hayford (localmente) orientato a Roma-Monte Mario A seguito dell unificazione delle reti fondamentali geodetiche, che ha dato avvio al sistema europeo European Datum 1950, si è proceduto ad una compensazione della precedente rete trigonometrica di triangolazione che produce scarti di qualche metro delle coordinate del sistema Roma 1940 e di quello E.D. 1950. Il meridiano centrale del fuso ovest è indicato col numero convenzionale 1500, quello del fuso est con il numero 2520. Così tutte le coordinate in km nel fuso ovest iniziano con il numero 1 e quelle nel fuso est iniziano con il numero 2. Il valore indica la distanza in chilometri dal meridiano centrale.
La cartografia IGMI nel sistema UTM Il territorio italiano è rappresentato nel Sistema UTM (in questo caso il sistema geodetico di riferimento è l ED50), Secondo tale sistema la superficie terrestre è stata divisa in 60 fusi di 6 di ampiezza, numerati da 1 a 60 partendo dall antimeridiano di Greenwich e procedendo verso Est. Si ha inoltre una suddivisione in 20 fasce di 8 ciascuna in latitudine partendo da φ = - 80 fino aφ=80. Le fasce sono individuate da lettere dell alfabeto dalla C fino alla X a partire da Sud, escludendo le lettere I e O. Le intersezioni tra fusi e fasce individuano le zone; l Italia è compresa nelle zone 32T, 33T, 32S, 33S salvo parte della penisola salentina che appartiene alle 34T e 34S (si noti che il numero designa il fuso e la lettera indica la fascia)
La Cartografia IGMI nel Sistema UTM Il territorio italiano ricade nei fusi 32, 33 e in parte del 34 e nelle fasce S e T del sistema UTM designazione di un punto Consideriamo il punto 32TNR21735696 Per tale punto si ha: Fuso32 zona 32T fasciat quadrato NR ascissa 2173 (4 cifre = approssimazione deldecametro) ordinata 5696 (4 cifre = approssimazione del decametro) Reticolato a maglie quadrate di 100 km di lato costruito con rette parallele all'equatore e al meridiano centrale del fuso (carta d'italia nella rappresentazione UTM)
La cartografia IGM nazionale Nel 1875 l Istituto Geografico Militare Italiano (IGMI) per suo compito istituzionale, dava inizio alla costruzione della Carta Topografica Fondamentale d Italia da cui più tardi avrà origine la carta tecnica attuale. Le carte IGM sono composte da : Foglio, in scala 1:100.000 delimitato da meridiani e paralleli con una superficie trapezoidale curvilinea; Quadrante in scala 1:50.000 che nasce dalla suddivisione in quattro parti del foglio; ogni quadrante è individuato dal numero del foglio cui appartiene e da un numero romano, ma da molto tempo non sono più in produzione Tavoletta in scala 1:25.000 e rappresenta 1/16 del territorio compreso in un foglio; ogni tavoletta viene indicata dal numero del foglio, dal numero romano e dalla posizione geografica in cui ricade (NO, NE, SO, SE). Tutto il territorio nazionale è coperto da 3556 tavolette. Sezioni che hanno scala 1:10000, coprono ¼ della tavoletta e sono contrassegnate da una lettera (A,B,C,D).
Cartografia: IL RETICOLATO CHILOMETRICO Per scopi militari, alla cartografia elaborata con il sistema Gauss-Boaga è stato sovrapposto un reticolato chilometrico di lato pari a 1 km. Ai due meridiani centrali è stato dato il valore di 500 km: i meridiani chilometrici ad occidente di ciascuno di essi hanno numeri inferiori a 500, quelli posti a oriente hanno numeri superiori a 500. La latitudine chilometrica esprime sempre la distanza dall equatore ma tra i due sistemi (UTM e GAUSS-BOAGA) vi è una differenza di circa 200 metri.
Cartografia: LE COORDINATE GEOGRAFICHE E CHILOMETRICHE NELLA CARTOGRAFIA ITALIANA Nella carta topografica d Italia coesistono tutti i sistemi di coordinate sopra richiamati. Le coordinate geografiche assolute: sistema Roma 1940 sistema E.D.50 latitudine longitudine
Cartografia: LE COORDINATE GEOGRAFICHE E CHILOMETRICHE NELLA CARTOGRAFIA ITALIANA Nella carta topografica d Italia coesistono tutti i sistemi di coordinate sopra richiamati. Le coordinate chilometriche: UTM Gauss-Boaga
Cartografia: LE COORDINATE GEOGRAFICHE E CHILOMETRICHE NELLA CARTOGRAFIA ITALIANA Esempio: nella figura a lato, il punto P ha le seguenti coordinate (long, lat): geografiche: 14 41 35,2 Est 37 50 50,7 Nord UTM: 473000, 4189000 G-B: 2492941, 4188807
Bibliografia Corso di laurea in Ingegneria Civile, dell Ambiente e del Territorio Università di Pisa; Coordinate gaussiane e geografiche: loro trasformazione (Michele T. Mazzucato)
Approfondimenti Provincia Regionale di Trapani Via Osorio, 22-91100 Trapani e-mail: aputaggio@provincia.trapani.it Tel. 0923-806568 Fax 0923-806511 Per la realizzazione di questo testo è stato utilizzato anche materiale reperito in Rete, in parte proveniente da aziende impegnate nello sviluppo di questo tipo di software ed in parte da materiale didattico utilizzato nei corsi universitari