APPUNTI DI CARTOGRAFIA A cura di: Pier Luigi Pellegrino 1. Topografia: Scienza che studia i mezzi e i procedimenti operativi per il rlevamento e la rappresentazione grafica (= proiezione cartografica) su una superficie piana di una porzione limitata di terreno. 2. Coordinate geografiche (latitudine nord-sud e longitudine est-ovest) : Permettono di individuare con esattezza la posizione di un qualsiasi punto sulla superficie terrestre. Fanno riferimento ad un sistema convenzionale di linee immaginarie (= reticolato geografico) tracciate sulla superficie terrestre. Le linee di direzione nord-sud, congiungenti i Poli sono denominate meridiani, le linee parallele di direzione est-ovest sono i paralleli. Dato un punto sulla superficie terrestre, la latitudine è l arco di meridiano compreso tra il parallelo locale (passante per il punto) e il parallelo di riferimento (equatore) in direzione nord o sud. Per longitudine si intende l arco di parallelo compreso tra il meridiano locale e il meridiano di riferimento (meridiano 0 o di Greenwich) in direzione est oppure ovest. 3. Proiezione cartografica: Si effettua una rappresentazione di una superficie su di un altra quando si stabilisce una corrispondenza biunivoca tra i punti delle due superfici, e cioè quando ad ogni punto di una di esse si fa corrispondere un unico e determinato punto dell altra e viceversa. Per stabilire questa corrispondenza biunivoca in termini rigorosamente geometrici e analitici, realizzata praticamente attraverso un sistema di misure e di elaborazioni, è indispensabile disporre di una chiara nozione delle caratteristiche geometriche della superficie di riferimento da considerare per la determinazione della posizione dei diversi punti di terreno interessato. 1
4. La gravità e le superfici di livello. Il geoide. L ellissoide terrestre: I principali movimenti della Terra sono i seguenti: Rotazione attorno al proprio asse (asse del mondo o linea dei poli), da est verso ovest, con una velocità angolare sensibilmente costante; Rivoluzione attorno al sole, descrivendo un orbita spirale che, nell ipotesi del Sole immobile nello stesso spazio, risulta giacere tutta in un piano detto piano dell eclittica, avente la forma di un ellisse di leggera eccentricità, in cui il Sole occupa uno dei due fuochi. Tale moto non avviene con velocità costante, ma variabile da un valore massimo in corrispondenza del perielio ad un valore minimo in corrispondenza dell afelio. La forza di gravità locale (riferita ad ogni singolo punto della superficie terrestre) varia a seconda della latitudine del punto a causa della forza centrifuga indotta dalla rotazione terrestre. La direzione locale della linea di forza della gravità prende il nome di verticale locale, situata lungo la linea di flusso del campo gravitazionale terrestre in quel punto. Lo stesso corpo terrestre, durante la sua traiettoria di caduta, degrada anche la sua iniziale energia potenziale. La superficie di livello equipotenziale descrive l unione di tutti i punti di identico livello energetico potenziale. La superficie dei mari collegati tra loro, senza tener conto delle differenze di pressione, temperatura e densità, determinerebbe una particolare superficie di livello equipotenziale, cui Gauss e Bessel diedero il nome di superficie matematica della Terra, più tardi (1873) cambiato da Listing in Geoide. A prescindere da qualsiasi ipotesi preliminare, si può più semplicemente definire come geoide la superficie di livello che passa per il punto medio marino di un determinato luogo della Terra. Per poter determinare l equazione analitica del geoide, appare indispensabile la sua sostituzione con una superficie geometrica più elementare. Considerato lo schiacciamento polare e il rigonfiamento equatoriale della Terra, la migliore ipotesi avanzata è che il geoide possa essere identificato, con sufficiente approssimazione, con un ellissoide di rotazione, generato da un ellisse meridiana ruotante attorno al proprio asse minore (= asse di rotazione terrestre). Tale figura, assunta come 2
superficie di riferimento per le determinazioni geodetiche e topografiche, prende il nome di ellissoide terrestre o sferoide. 5. Il campo magnetico terrestre. La bussola : Il moto di rotazione terrestre è direttamente correlato all esistenza del campo magnetico terrestre, il quale può essere assimilato a un dipolo magnetico, il cui asse coincide approssimativamente con l asse di rotazione terrestre (l emergenza del Polo Nord magnetico si trova a 70 N, 100 O). Si possono usare due criteri per stabilire la direzione rispetto al nord: Direzione nei quadranti della bussola: sono gli angoli misurati rispetto al nord (geografico o magnetico), oppure al sud, verso est o verso ovest, ma scegliendo sempre il più vicino di questi due punti, in modo che l angolo risulti sempre inferiore a 90. Azimut: angoli contati in senso orario a partire dal nord e perciò compresi tra 0 e 360. Sono riferiti al nord magnetico (azimut magnetico), oppure al nord geografico (azimut vero) 6. Classificazione delle rappresentazioni cartografiche : Si chiamano formule di corrispondenza o equazioni della carta quelle relazioni analitiche che, per ciascun tipo di rappresentazione, legano tra loro le coordinate dei punti corrispondenti dell ellissoide terrestre e del piano rappresentativo, mentre si chiama centro della proiezione o centro della carta l origine delle coordinate. Il meridiano da cui hanno origine le longitudini prende il nome di primo meridiano, o meridiano centrale. La scala di una carta indica il rapporto tra le dimensioni reali della superficie rappresentata e le dimensioni cartografate. Essa non è costante all interno della stessa carta, ma si verifica soltanto, a seconda dei casi, solo per il centro della proiezione, per un parallelo o per un meridiano, indicati come parallelo e meridiano standard. L approssimazione grafica di una carta è la distanza obiettiva corrispondente alla minima distanza apprezzabile sulla carta. Nella rappresentazione di una superficie su di un altra si hanno deformazioni nelle lunghezze, negli angoli e nelle aree. La determinazione del modulo di deformazione lineare viene ottenuta col rapporto tra le lunghezze di corrispondenti elementi infinitesimi. Si parla di carte conformi o ortomorfiche quando l intersezione tra un meridiano e un parallelo forma angoli retti. In questo caso la forma reale della superficie è riprodotta e mantenuta sulla carta. Le carte equivalenti, invece, sono proiezioni cartografiche in cui meridiani e paralleli delimitano aree uguali (la forma della superficie non viene mantenuta) 3
Classificazione sulla base della forma del reticolato geografico: proiezioni cilindriche: quando i meridiani sono rappresentati da rette parallele e i paralleli ancora da rette tra loro parallele e normali a quelle che individuano i meridiani. Es: proiezione diretta di Mercatore, realizzata immaginando di proiettare dal punto di vista situato al centro della Terra, la superficie terrestre sopra un cilindro tangente all equatore terrestre, poi sviluppato in piano. Trova grande applicazione nella navigazione marittima e aerea; proiezioni coniche: quelle in cui i paralleli sono circoli concentrici, e i meridiani rette uscenti dal centro comune dei circoli, che formano tra loro angoli diversi a seconda delle differenze di longitudine. Es: proiezione conica conforme di Lambert, in cui il cono su cui si immagina di proiettare una determinata zona terrestre ha l asse coincidente con quello di rotazione terrestre. Largamente utilizzata per riproduzioni del globo a piccola scala; 4
proiezioni azimutali: comprendono tutti i tipi di proiezioni che possiedono un punto centrale rispetto al quale mostrano una simmetria radiale. Classificazione secondo la scala: planisferi: quando rappresentano senza soluzione di continuità tutta la superficie oggettiva; mappamondi: quando rappresentano la superficie obiettiva in due emisferi; carte geografiche o carte generali: rappresentano una grande estensione della superficie oggettiva a piccolissima scala, fino a 1:2.000.000; carte corografiche: rappresentano una parte della superficie oggettiva a piccola scala, da 1:1.000.000 a 1:200.000; carte topografiche: la parte di superficie è rappresentata a media scala, da 1:100.000 a 1:5.000; mappe: la superficie è rappresentata a grande scala, da 1:4.000 a 1:1.000; piani o piante: la scala di rappresentazione è grandissima, da 1:500 a valori maggiori. Recentemente, con lo sviluppo della moderna cartografia regionale (cartografia tecnica regionale), sono state introdotte delle modificazioni a questa classificazione differenziando le carte in: carte tecniche: rappresentazioni parziali alle scale 1:10.000 e 1:5.000; levate: rappresentazioni a grandissima scala (1:500) dei centri urbani. Classificazione secondo le finalità : carte generali: forniscono informazioni metriche e descrittive della superficie fisica della Terra di interesse generale; carte tematiche: forniscono informazioni specifiche su circoscritti fenomeni di particolare interesse. Classificazione sulla base delle proprietà geometriche : proiezione gnomonica o centrografica: è una proiezione prospettica effettuata da un punto di vista che si trova al centro della Terra, sopra a un piano tangente o secante al punto centrale della zona da rappresentare; proiezione stereografica: proiezione prospettica in cui il punto di vista si trova sulla superficie della Terra, nel punto opposto rispetto al centro della zona da rappresentare; proiezione ortografica: in questo caso il punto di vista si trova a distanza infinita rispetto al piano di rappresentazione. 5
7. La cartografia ufficiale italiana: L elemento cartografico di base della cartografia ufficiale italiana è il foglio della cartografia alla scala di 1:100.0000. ogni foglio rappresenta un area trapezoidale della superficie terrestre, delimitata fra due archi di meridiano dell ampiezza di 20 e fra due archi di parallelo dell ampiezza di 30. Il territorio nazionale risulta così suddiviso in 278 fogli, ciascuno dei quali ricopre una superficie media di circa 1.500 Km 2. Ogni foglio di questa carta (alla scala di 1:100.000) viene poi suddiviso in quattro quadranti, delimitati ciascuno da due archi di meridiano dell ampiezza di 10 e da due archi di parallelo dell ampiezza di 15. La scala in questo caso è di 1:50.000. Ogni quadrante viene poi a sua volta suddiviso in quattro tavolette (arco di meridiano: 5, arco di parallelo: 7 30 ) alla scala 1:25.000. La superficie rappresentata in un quadrante copre così un area media di 375 km 2, mentre quella racchiusa in una tavoletta è di circa 94 km 2. L origine delle longitudini del sistema nazionale di riferimento è il meridiano dell Osservatorio astronomico di Monte Mario, a 12 27 08,40 est rispetto al meridiano di Greenwich. Nel 1941 il sistema cartografico prescelto è stato quello della rappresentazione conforme di Gauss-Boaga. Con la successiva unificazione delle reti geodetiche fondamentali europee, nel 1950, il sistema di riferimento geodetico e cartografico nazionale è stato arricchito da un duplice e ben distinto reticolato chilometrico che consente immediatamente di identificare sia il sistema nazionale, che il sistema internazionale europeo, il sistema UTM o proiezione universale trasversa di Mercatore. Tale proiezione è una variante di quella diretta di Mercatore, in cui vengono considerati 60 cilindri secanti e non tangenti, i cui meridiani centrali sono intervallati di 6. Le aree situate a latitudini superiori agli 80 sono rappresentate mediante la proiezione stereografica polare (U.P.S.). 8. Il sistema cartografico catastale La formazione della cartografia catastale italiana ha avuto il suo esordio alla fine del secolo scorso, con la legge 1 marzo 1886 (n. 3682) per il riordinamento dell imposta fondiaria, e viene direttamente curata dalla Direzione generale del Catasto e dei Servizi tecnici erariali, alle dipendenze del ministero delle Finanze. Il sistema cartografico utilizzato è quello della rappresentazione conforme di Gauss-Boaga sull ellissoide internazionale. La cartografia catastale viene di norma realizzata per giurisdizioni amministrative comunali, suddividendo i territori interessati in sezioni censuarie. Si chiama particella catastale una ben delimitata porzione continua di terreno, situata in un unico comune, appartenente ad un unico possessore, e assoggettata ad un unica specie di coltura, con uniforme grado di opportunità, oppure, se non soggetta a coltura, riservata ad un unica destinazione di uso. La cartografia catastale viene redatta in generale alla scala di 1:2.000, ma può comportare anche rilevamenti a scala 1:1.000, quando il frazionamento particellare risulti molto minuto. Particolari porzioni territoriali, con frazionamenti inferiori alle 3 are, possono talvolta essere rappresentati anche alla scala di 1:500. 6
9. Le carte tematiche Numerosi possono essere i temi oggetto di rappresentazione grafica, a seconda del tipo di informazione fornita, delle modalità della rappresentazione effettuata e dell utilizzazione che se ne può fare. Occorre perciò che la carta risponda ad alcune fondamentali esigenze di sintesi, leggibilità, completezza e affidabilità. Le carte tematiche vengono classificate in carte tematiche analitiche, le quali offrono una rappresentazione dettagliata di un solo tema o di più temi correlati fra loro e in carte tematiche sintetiche le quali, invece, rappresentano più informazioni o più fenomeni, nella globalità delle loro interrelazioni. Esempi: carta dell acclività (evidenzia le caratteristiche morfologiche dei versanti), carta dell uso del suolo (pone in risalto la distribuzione superficiale dell opera di antropizzazione), carta litologica (rappresenta le rocce affioranti per classi geotecniche), carta della franosità (mostra le aree soggette a fenomeni franosi in atto, quiescenti o verificatisi in tempi passati), carta della vegetazione (definisce un inventario territoriale delle risorse naturali). 7