dalla carta topografica al navigatore gps

DALLA CARTA TOPOGRAFICA AL NAVIGATORE GPS
L’AVVENTO DELLE TECNOLOGIE SATELLITARI E L’EVOLUZIONE DELLA CARTOGRAFIA
Magg. Silvio Manglaviti
PREMESSA.
Ricordo il professore di matematica al Liceo che aborriva l’uso delle calcolatrici il cui
sopravvenire – diceva – avrebbe fatto perder dimestichezza con abachi, regoli e tavole
logaritmiche rendendo periglioso, persino, avventurarsi in quelle che un tempo erano considerate
delle semplici operazioni aritmetiche di base. Che dire allora delle macchine da scrivere (prima),
dei computer – usati come macchine da scrivere – (poi) fino agli attuali “sms” e compagnia
cantando, responsabili dell’ostracismo cui è stato definitivamente condannato lo strumento
letterario per eccellenza: penna-carta-calamaio. Alla medesima stregua, l’avvento massificante
dei navigatori satellitari portatili, palmari o veicolari, pur agevolando la mobilità e la stessa
lettura di una mappa, rischia di allontanare sempre di più l’individuo proprio da quella
rappresentazione cartografica che – è bene ricordarcelo – costituisce comunque la base
fondamentale di qualsiasi sistema relativo al posizionamento/riferimento di un punto sulla
superficie terrestre.
Chi si rammenta più del famigerato “punto di stazione” topografico di scolastica memoria?
Rimembranze a parte, la freccetta che appare sulla mappa digitale di un navigatore è proprio lui:
il punto di stazione, il “voi siete qui” … hic et nunc.
In effetti appar del tutto lecito domandarsi a che pro impegnare le meningi nello studio e
nell’applicazione di astrusi rilevamenti topografici, determinazione di punti di stazione,
misurazione di distanze in scala grafica, zigzagando tra statute miles miglia nautiche e
chilometri, calcolare pendenze assolute e percentuali, verificare angoli azimuthali o (peggio) i
loro reciproci, trasformare coordinate longi-latitudinali in metriche, determinare nord magnetici
geografici e rete, aggiornare declinazioni magnetiche e convergenze reti, inseguire isoipse ed
isobate, convertire quote metriche in piedi e viceversa, imbrigliati tra righelli, goniometri e
coordinatometri … Oggi, un tomtom fa tutto questo per noi e, indicandoci la via, ci porta fino a
destinazione. Un vero “miracolo” della Scienza e della tecnologia.
Stiamo parlando dei sistemi di navigazione satellitare che utilizzano la tecnologia GPS, il sistema
globale di posizionamento che si basa sul connubio inscindibile sistemi informaticitelecomunicazioni-satelliti, struttura portante di tutta l’architettura di posizionamento satellitare.
IL SISTEMA DI POSIZIONAMENTO GLOBALE.
Si cominci senz’altro affrontando di petto i famosi GPS, oggi optionals indispensabili della più
insignificante utilitaria e strumento necessario financo ai fungaroli …
Servono dunque un ricevitore di segnale (antenna), un decodificatore che lo elabori trasformando
quest’ultimo in dato ed elemento visibile (alfanumerico su display, piuttosto che punto/tracciato
su mappa digitale). Dimenticavo. Soprattutto necessita una costellazione di satelliti in orbita
intorno alla Terra: dalla triangolazione dei segnali emessi da almeno tre o più di questi satelliti il
punto di ricezione sulla superficie del Pianeta può dedurne la propria posizione relativa.
Il GPS (acronimo di Global Position per NAVSTAR GPS, ovvero NAVigation System Time And
Ranging Global Position System) indica un sistema di posizionamento basato su satelliti a
copertura globale e continua della superficie terrestre; è gestito dallo US DoD. Il sistema nasce a
cavallo degli anni Ottanta-Novanta del secolo scorso, su un precedente progetto denominato
Transit nel contesto più ampio del c.d. “scudo spaziale” di reaganiana memoria. Nel 1991 il
servizio fu “aperto” anche per gli usi civili (si chiamava SPS - Standard Positioning System)
differenziandolo da quello militare PPS (Precision Positioning System) attraverso l’introduzione
di una “disponibilità selettiva” (la SA - Selective Availability) che introduceva nei segnali
satellitari L1 e L2 degli errori intenzionali che non consentivano precisioni superiori ai 100 - 150
m, oggi ridotti – per scopi commerciali – nell’ordine di una, due decine di m; inoltre, un apposito
dispositivo inibisce il funzionamento a determinate quote e velocità sì da impedirne l’utilizzo su
vettori improvvisati/non autorizzati. Si capisce subito il limite principale del sistema di proprietà
USA in gestione alle autorità militari, che potrebbero decidere di ridurne la precisione o
impedirne selettivamente l'accesso.
[box: Il GPS]
I satelliti sono disposti a quote di 20.200 Km su orbite ellittiche a bassa eccentricità, inclinate di 55°
rispetto al piano equatoriale (quindi non coprono le zone polari). Ciascun satellite emette sulle frequenze
di 1,2 e 1,5 GHz derivate da un unico oscillatore ad alta stabilità. Lo scopo della doppia frequenza è
quello di eliminare l'errore dovuto alla rifrazione atmosferica. Su queste frequenze portanti, modulate in
fase, vengono emessi i messaggi di effemeride ciascuno della durate di due minuti; essi iniziano e
terminano ai minuti pari interi del T.M.G. Questi messaggi di effemeride contengono il segnale orario e i
parametri orbitali del satellite.
In tal modo il ricevitore GPS, mentre effettua il conteggio Doppler, riceve i parametri dell'orbita da cui
deriva la posizione del satellite: viene così a disporre di tutti gli elementi necessari a definire nello spazio
la superficie che contiene la propria posizione relativa.
Sulla Terra, quattro apposite stazioni principali di tracciamento ed un centro di calcolo determinano i
parametri dell'orbita di ciascun satellite.
I satelliti sono posizionati relativamente al centro di massa della Terra, dunque il segnale
ricevuto sulla superficie del Pianeta è in funzione del campo gravitazionale terrestre. Ciò ha reso
necessario determinare un fedele modello matematico di tale campo. Da un punto di vista
geodetico è così possibile ricavare un’immagine del globo in cui si riportino le linee di eguale
scostamento del Geoide (LMM) da quelle dell'ellissoide di riferimento (APL). I navigatori
satellitari (GPS) sia portatili sia di alta precisione (ovvero geodetici, che consentono cioè
rilevamenti lunghi nel tempo per raggiungere precisioni inferiori anche al metro) contengono il
software implementato necessario a interpretare i dati del ricevitore satellitare e alla
localizzazione.
Il punto di stazione determinabile col GPS è da considerarsi valido globalmente in valore
assoluto. Vale a dire che è reale, realmente riscontrabile su tutta la superficie terrestre; laddove
invece i punti determinati su rappresentazioni cartografiche derivanti da modelli geografici (le
proiezioni, gli ellissoidi, modelli convenzionali) possono raggiungere elevati valori di precisione,
per approssimazioni successive, solo a carattere locale. I datum della geodesia classica, ovvero
locali o regionali, approssimano bene il geoide solo in un intorno del punto di emanazione,
mentre il datum globale WGS84 utilizza lo standard EGM96, che approssima il geoide nel suo
complesso ed è valido per tutto il mondo.
Il sistema GPS si basa sul modello di riferimento della superficie terrestre denominato WGS
(acronimo di World Geodetic System; WGS84 definisce il sistema come geodetico, mondiale,
riferito al 1984). La cartografia digitale che faccia riferimento al GPS deve necessariamente
derivare da tale modello.
[box: WGS84 e EGM96]
Si tratta di un modello matematico della Terra da un punto di vista geometrico, geodetico e
gravitazionale, costruito sulla base delle misure e delle conoscenze scientifiche e tecnologiche disponibili
al 1984.
Dal punto di vista geometrico, il WGS84 è un particolare sistema terrestre convenzionale (CTS Conventional Terrain System), ovvero un sistema di riferimento cartesiano usato per descrivere la terra,
le cui caratteristiche sono:
− centro, nel centro di massa della terra;
− asse Z, passante per il polo Nord, come definito dal BIH nel 1984;
− asse X, passante per il meridiano di Greenwich, come definito dal BIH nel 1984;
− asse Y, scelto in modo da dare una terna destrorsa, ovvero tale che un osservatore posto lungo l'asse Z
veda l'asse X sovrapporsi a Y con moto antiorario, il che pone Y in Asia.
Al sistema CTS WGS84 è associato l'ellissoide WGS84, ellissoide di Hayford descritto dai parametri:
− semiasse maggiore: a = 6.378.137;
− schiacciamento: f = 1/298,257222101.
EGM96, utilizzato come riferimento geodetico per aggiornare il WGS84, è un modello geopotenziale
della superficie terrestre costituito da una somma di armoniche sferiche fino al 360° ordine e grado. È
una soluzione composta di un insieme di equazioni differenziali. Questo modello è stato il risultato di una
collaborazione tra l’allora National Imagery and Mapping Agency (NIMA, oggi NGA), il Goddard Space
Flight Center della NASA e l'Ohio State University.
Durante l’allestimento della mappa (con accuratezza 30'x30' delle anomalie di gravità) oltre ai valori
utilizzati nei modelli precedenti, è stata realizzata una nuova base di dati topografici di tutte le fonti
disponibili senza copertura dati (ca. il 3% del totale).
In virtù di ciò, i navigatori constano di una buona precisione, a patto che l’area in cui lavori il
GPS disponga anche di un’adeguata copertura cartografica digitale.
Per quanto concerne i costi commerciali, i GPS ormai sono alla portata di tutti e ovviamente
comprendono royalty per la società che gestisce la rete di satelliti. Il navigatore satellitare
personale, che aveva quasi soppiantato il telefono cellulare quale oggetto cult, è secondo solo
all’I-POD ed il mercato offre molteplici soluzioni a basso costo per tutti gli impieghi e per tutte
le tasche che si rilevano efficaci non soltanto per la navigazione satellitare tout court, ma anche
per usi civili, per il monitoraggio dei servizi mobili e per il controllo del territorio.
Il futuro anzi sarà integrato: cellulare + GPS + I-POD + … .
In conclusione, ben venga il GPS, nessun pregiudizio sommario, da Colosseo, nessun pollice
verso. Come tutte le tecnologie va saputo utilizzare cum grano salis; l’abuso inflaziona il
rendimento e, alla fine, l’utilità stessa – in questo caso – di uno strumento. Di positivo c’è inoltre
che lo strumento GPS non allontana dalla scienza geotopocartografica; è vero semmai il
contrario, soprattutto per coloro che usino ricevitori senza supporto di carte digitali. In questo
caso è proprio l’uso del navigatore satellitare che stimola la conoscenza della topografia e della
cartografia, dovendo riportare sulle mappe cartacee dati relativi a coordinate ottenute leggendo
un GPS. Attenzione però a non fare confusione. La possibilità di incappare in errore è sempre in
agguato.
Il nocciolo della questione s’impernia sui “sistemi di riferimento”, elemento qualitativo di base
che fa la differenza tra GPS (con relativa cartografia) e cartografia tradizionale. Infatti, laddove
la ‘normale’ cartografia può derivare da varie proiezioni le più differenti, a seconda di come
inviluppino il soggetto da rappresentare (ovvero il Pianeta, nelle diverse forme aritmeticogeometriche di solido di rotazione, sferoidico, ellissoidale, geoidico) in un dato punto specifico
sulla superficie terrestre: si potranno in tal modo avere proiezioni cilindriche, coniche, dirette,
traverse, equatoriali, polari, ecc.; invece, il sistema di riferimento del GPS, denominato WGS84,
si riferisce al centro di massa della Terra. Fin qui non si palesa tuttavia l’enorme differenza tra la
tradizione cartografica e la propria evoluzione. Infatti, mentre le proiezioni ‘costruite’
convenzionalmente sono statiche, fisse, il WGS84 è dinamico, poiché in continua
‘trasformazione’ e l’intero sistema di riferimento dev’essere perciò continuamente riaggiornato.
Ciò in virtù del fatto che il centro di massa della Terra, cui si riferiscono GPS e WGS84, cambia
istante per istante perché cambiano condizioni e caratteristiche stesse del Pianeta, che è ‘vivo’ ed
inserito in un contesto relativo – altrettanto dinamico ed in evoluzione – interplanetario.
Costellazione satellitare GPS e sistema di riferimento WGS84 sono solidali al centro di massa
della Terra e pertanto ne subiscono mutamenti ed influenze: nel bene e nel male.
GEOGRAFIA E CARTOGRAFIA: LA MISURAZIONE DEL MONDO E LA SUA RAPPRESENTAZIONE.
Alcune estati fa, sulla sabbia di Forte dei Marmi, un amico chirurgo mi domandò a cosa servisse
la geografia, perché ci fosse stato bisogno di conoscere le dimensioni del pianeta, di effettuarne
le misurazioni. Li per li non mi resi conto della capziosità del quesito postomi, tendente a
dimostrare l’inutilità di una pratica tecnologica così elefantiaca e farraginosa – secondo il parere
di quel medico – quale potesse rivelarsi la scienza geografica e, per estensione, anche la
topografia e la cartografia. Risposi che la Geografia fonda tutti i riferimenti dimensionali relativi
al Pianeta. Tutte le unità di misurazione derivano dalla conoscenza, che dev’essere la più precisa
e perfetta possibile, delle dimensioni della Terra. Quindi anche il suo ago ed il suo bisturi, ma
ogni cosa che parli di misure devono la loro esistenza alla curiosità scientifica di Eratostene che
partendo dalla misura della distanza tra Siene ed Alessandria (alla medesima ora data, le ombre
prodotte nei due luoghi determinavano un certo angolo: 1/50 di 360°) stabilì la circonferenza
meridiana che passava per esse. Oggi, la misura di riferimento fondamentale per il metro è una
frazione del grado di meridiano.
Se la Geografia è quella scienza che “descrive la Terra”, cioè globalmente, nel suo complesso, la
Topografia si rivolge ad un ambito assai più ristretto, il tòpos, locale (la Corografia, ad uno più
ampio, il kòros, la regione); la Cartografia supera queste diversificazioni dimensionali e riguarda
invece quelle descrizioni da un punto di vista qualitativo e quantitativo dal punto di vista
dell’immagine, della rappresentazione; è un elemento cioè della Comunicazione di quanto
descritto universalmente dalla Geografia.
La Cartografia è uno strumento tecnico-scientifico che ha per fine la rappresentazione della
superficie del Pianeta attraverso l’uso di informazioni geografiche simboliche – non a caso si può
parlare di semiotica cartografica – riferibili a reali e veritieri elementi e caratteristiche territoriali,
ambientali e paesaggistici.
Sulla base del tipo di supporto utilizzato e quindi delle tecnologie adoperate per elaborare il dato
informativo geografico così da renderlo elemento di una rappresentazione cartografica, oggi
possiamo distinguere una c. analogica, ovvero tradizionale, su carta o altra struttura comunque
materica (legno, leghe metalliche, plastica, resine viniliche, ecc.), e una c. digitale che si basa
sull’elaborazione numerica binaria e usa supporti di tipo informatico e cibernetico.
In entrambi i casi, l’applicazione della geometria e della matematica consentono di trasformare
punti espressi in un contesto di coordinate geografiche in elementi cartesiani attraverso la
costruzione di appositi sistemi di riferimento detti proiezioni cartografiche.
[box: Il reticolato geografico]
Dicearco da Messina per primo realizzò una carta del Mediterraneo con sovraimpresso reticolo basato
su due principali linee fra loro ortogonali.
Il reticolo virtualmente ricostruibile sulla superficie della Terra si ricava dall’interconnessione tra
meridiani e paralleli, linee circolari che avvolgono il Pianeta riferite rispettivamente ad un meridiano
fondamentale e all’equatore. Trattandosi di riferimenti a figure geometriche quali cerchi e sfera, se ne
deduce che le misure nel sistema di meridiani e paralleli potranno essere ricondotte a quelle angolari del
grado (°) e sue frazioni(‘;’’). Infatti, l’incrocio tra i vari meridiani ai rispettivi poli e quello tra meridiani
e paralleli, laddove questi ultimi vanno decrescendo in dimensioni dall’equatore verso i poli, determina
differenti valori lineari a seconda della posizione di riferimento sul globo. Ad esempio, le distanze tra i
meridiani – nulle ai vertici polari dove si incrociano – van via via crescendo mano a mano che ci si
sposti da un polo verso l’equatore per poi tornare a decrescere spostandosi da quello verso un polo. Alla
medesima stregua, le dimensioni relative di un quadrante del reticolo, formato dall’incrocio di due
meridiani con due paralleli – avendo questi ultimi circonferenze maggiori verso il parallelo fondamentale
equatoriale –, saranno minime presso i circoli polari.
Pertanto, procedendo verso est, a partire dal meridiano fondamentale di Greenwich di 0° e considerato il
suo corrispettivo di 180° detto antimeridiano, si avranno 360 semimeridiani di riferimento (comunque
per praticità denominati meridiani) tanti quanti sono i gradi di un angolo giro. Similmente, dall’equatore
si conteranno 90 paralleli verso nord, fino al circolo polare artico ed altrettanti fino a quello antartico,
verso sud. Questo sistema di riferimento generale consente di rappresentare due metà del globo
attraverso il proprio asse di rotazione suddivise ciascuna dall’incrocio di 180 meridiani con 180
semiparalleli (comunque per praticità denominati paralleli) distanti tra loro reciprocamente 1°.
Elemento imprescindibile per la costruzione di una rappresentazione cartografica è la scala,
ovvero quel rapporto costante tra dimensioni lineari della carta (misure grafiche) e le distanze
rispettive sulla superficie terrestre (misure reali). Di norma, l’unità misurata sulla carta è posta in
rapporto di equivalenza a quanto realmente misurato sul terreno.
Una proiezione cartografica è il risultato di trasformazioni geometriche, matematiche o
empiriche di punti geografici espressi in coordinate geografiche in punti espressi in coordinate
cartesiane.
Le proiezioni vengono usate in cartografia per rappresentare su un piano (le carte geografiche)
un fenomeno che nella realtà esiste sulla superficie della sfera.
Essendo impossibile evitare deformazioni - l'unica rappresentazione esente da deformazioni è
quella detta globo, effettuata su di una sfera - le proiezioni vengono scelte sulla base delle loro
caratteristiche, vale a dire sulla base dei loro inevitabili difetti (la deformazione) e i loro
auspicabili pregi.
A seconda delle caratteristiche, le carte realizzate possono essere equivalenti, se viene mantenuto
il rapporto tra le superfici; equidistanti, se viene mantenuto il rapporto tra le distanze da uno o
due punti (in quanto è impossibile costruire carte con tutte le distanze nella stessa scala);
isogoniche o equiangole o conformi, se vengono conservati gli angoli.
Ulteriori caratteristiche che possono risultare da una proiezione sono la presenza di linee
lossodromiche, che permettono di tracciare con una retta sulla carta delle rotte che tagliano i
meridiani con angolo (della bussola) costante, e ortodromiche, che consentono di tracciare la
distanza retta più breve tra due punti sulla carta. Com’è facilmente intuibile, non è detto che una
linea ortodromica sia nella realtà più breve di una lossodromia, che tiene cioè conto della
curvatura della terra e garantisce rotte sicuramente più corte su lunghe percorrenze.
Secondo il punto tangente del piano alla sfera alcune proiezioni sono dette
I sistemi geodetici classici sono basati su ellissoidi posizionati nello spazio, attraverso la
metodologia astrogeodetica, in modo da risultare tangenti al geoide locale in un punto centrale
della zona d'interesse; l'ellissoide associato al WGS84 invece, oltre ad avere forma e dimensioni
diverse, ha il centro geometrico coincidente con il centro di massa della Terra e nessuna
relazione con la sua superficie.
Le coordinate geografiche servono ad identificare la posizione di un punto sulla superficie
terrestre.
Sono la latitudine (distanza angolare dall'equatore) la longitudine (distanza angolare lungo il
parallelo del luogo da un arbitrario meridiano di riferimento). Le latitudini e le longitudini sono
espresse in gradi, minuti e secondi. Attualmente è usato il meridiano di Greenwich che passa per
l'omonimo osservatorio.
In Italia era uso (non del tutto scomparso) di usare come meridiano di riferimento quello
passante per l'osservatorio di Monte Mario (a Roma, 12°27,2'Est di Greenwich). Tale sistema di
coordinate venne utilizzato dall'Istituto Geografico Militare (IGM) per aggiornare i dati allo
standard World Geodetic System84 (WGS84), su cui si basa anche il Global Positioning System
(GPS). Lo standard WGS84 si basa su un modello geodetico della Terra standard. L'EGM96 è un
geoide definito da un sistema di armoniche sferiche.
La latitudine (o latitudine geografica) è la coordinata geografica pari all'altezza del polo celeste
sull'orizzonte. La latitudine è pari all'angolo che la verticale, di un punto sulla superficie della
Terra (o di un pianeta), forma con il piano equatoriale. Tale angolo viene misurato in gradi
sessagesimali e può assumere valori nell'intervallo da 0 a 90° N e da 0 a 90° S.
I punti la cui latitudine è un angolo retto sono detti poli. Il polo dal quale la rotazione del pianeta
è vista come antioraria è detto polo nord, l'altro polo sud. La latitudine nell'emisfero centrato sul
polo nord si indica come latitudine nord, l'altra come latitudine sud, e i rispettivi emisferi come
boreale e australe.
I punti che hanno la stessa latitudine si trovano sullo stesso parallelo.
A causa dello schiacciamento dei poli terrestri i meridiani non sono dei cerchi perfetti, bensì
delle ellissi. Questo implica che i gradi di latitudine non hanno lunghezze uguali.
La latitudine si calcola con la misura dell'altezza della Stella Polare sull'Orizzonte, in gradi. Si
può utilizzare un sestante per tale operazione. Nell'emisfero australe si deve prendere come
riferimento l'altezza del polo sud celeste, trovato tramite la Croce del Sud, sull'Orizzonte .
La longitudine è la coordinata geografica che indica la distanza angolare in senso Est o Ovest dal
meridiano fondamentale. Tale angolo viene misurato in gradi sessagesimali su un piano
perpendicolare all'asse terrestre e può assumere valori nell'intervallo da 0 a 180° E e da 0 a 180°
W.
Talora la longitudine di un punto della superficie terrestre può essere espressa rispetto ad un
meridiano locale scelto come fondamentale, del quale però è perfettamente conosciuta a sua
volta la longitudine rispetto al meridiano fondamentale, rendendo agevole il calcolo della
longitudine del punto stesso rispetto a Greenwich.
Gli antichi fissarono come meridiano fondamentale quello passante dall'isola di Ferro nelle
Canarie (situato a 20° a ovest di Parigi). Nel 1885 una commissione riunitasi a Washington
convenne di adottare il meridiano di Greenwich (situato a 2° 20' 14" da Parigi). In Italia si è
spesso usato, anche in tempi recenti, il meridiano del Monte Mario (Roma), situato a 12° 27'
10",93 E in E.D. 1950'' da Greenwich; sovente si possono trovare indicazioni leggermente
diverse a seconda dell'ellissoide usato, per esempio viene riferita a 12° 27' 08",40 secondo il
sistema italiano 1940.
La misura per calcolare la longitudine si effettua con un orologio e una meridiana. L'orologio
deve segnare l'ora di Greenwich. Leggendo l'ora locale dalla meridiana e calcolando la differenza
con quella dell'orologio si trova la longitudine (15° per ogni ora).
L'equatore è la circonferenza massima della superficie di un corpo celeste perpendicolare all'asse
di rotazione e quindi equidistante dai poli.
La latitudine dell'equatore è, per definizione, pari a 0 quindi non ha senso, se ci si trova in
corrispondenza dell' equatore, parlare di latitudine Nord o Sud. L'equatore divide un corpo
celeste in due emisferi comunemente detti emisfero settentrionale e meridionale.
L'equatore terrestre è la linea immaginaria formata dall'intersezione della Terra con un piano
perpendicolare all'asse di rotazione terrestre e passante per il centro.
È una circonferenza immaginaria di 0 gradi di latitudine che divide la Terra in due emisferi,
quello dalla parte del Polo Nord viene detto emisfero boreale (o emisfero Nord terrestre), mentre
quello dalla parte del Polo Sud è chiamato emisfero australe (o emisfero Sud terrestre).
L'equatore terrestre fa parte, insieme al Circolo Polare Artico, Tropico del Cancro, Tropico del
Capricorno e Circolo Polare Antartico, dei cinque paralleli di riferimento.
La lunghezza dell'equatore terrestre è di circa 40.075,0 chilometri pari a 24.901,5 miglia terrestri.
All'equatore il Sole è allo zenit durante gli equinozi ed il giorno e la notte hanno sempre una
durata quasi uguale. La fascia attorno all'equatore delimitata dai due tropici, indica la zona dove
il Sole, in vari periodi dell'anno, si trova allo zenit.
All'equatore il Sole sorge sempre poco prima delle 6 e tramonta poco dopo le 18; quindi un
giorno dura un po' più di dodici ore a causa della rifrazione della luce solare nell'atmosfera,
questo fenomeno si ha quando il sole si trova poco al di sotto della linea dell'orizzonte.
Solo dall'equatore è visibile l'intero cielo e non esistono stelle circumpolari, cioè tutti gli astri, a
parte la stella polare che resta praticamente sempre ferma all'orizzonte, tramontano.
Il sistema geodetico ufficiale italiano è ancora quello introdotto nel primo dopoguerra e
denominato ROMA40; a tale riferimento è associato il sistema piano GAUSS-BOAGA utilizzato
per la realizzazione della fondamentale Carta d'Italia alla scala 1:25.000 e del suo multiplo
1:100.000, entrambe non più in produzione ma ancora in uso. Sul riferimento europeo ED50,
tramite il sistema cartografico UTM, è ancora in corso di allestimento la nuova carta ufficiale
italiana alla scala 1:50.000 ed i suoi sottomultipli 1:25.000, 1:10.000 e 1:5.000 (quest'ultimi
prodotti dalle regioni). L'ED50 è utilizzato nella pratica solo a scopo cartografico ed è quindi di
scarso interesse per la geodesia. Il Catasto italiano adotta invece un sistema geodetico costituito
dall'ellissoide di BESSEL (1841) orientato a Genova e ad esso associa la rappresentazione piana
CASSINI-SOLDNER. Infine il sistema geodetico mondiale WGS84, la cui realizzazione europea
prende il nome di ETRS89 e quella italiana è costituita dalla rete geodetica IGM95, è stato
recentemente introdotto in seguito all'affermarsi delle tecniche satellitari GPS. Anche al WGS84
è associato il sistema cartografico UTM, generalmente indicato come UTM(WGS84) per
distinguerlo dall'equivalente sistema piano associato all'ED50.
Un discorso a parte va fatto per le quote che, quando associate ai sistemi tradizionali, risultano
sempre riferite al geoide; solo utilizzando tale superficie, infatti, si ha la possibilità di definire
altezze con un significato fisico, importante per la maggior parte delle applicazioni. Le quote
ellissoidiche, concettualmente definibili anche rispetto agli ellissoidi locali, sono diventate
comuni solo con l'introduzione dei sistemi globali connessi alle metodologie satellitari.
Senza addentrarci in complicati discorsi matematici per poter utilizzare i punti ottenuti da rilievi
con strumentazione GPS è necessario effettuare alcune operazioni preliminari:
- trasformare le coordinate geografiche (latitudine, longitudine, altezza ellissoidica) nelle
corrispondenti coordinate piane (Nord, Est, quota ellissoidica). Questa operazione è
generalmente svolta dai programmi di gestione dei dati GPS, in alternativa è possibile utilizzare
programmi
quali
VERTO
(http://www.igmi.org/Pages/dentro.html),
Cartlab
(http://www.geologia.com/index.php).
- utilizzando i programmi sopracitati o mediante la creazione di zone a 7 parametri personalizzati
si trasformano le coordinate WGS84 in ROMA40 (GAUSS-BOAGA) ottenendo
contemporaneamente la trasformazione da altezza ellissoidica a quota ortometrica
- le coordinate così determinate possono essere importate in AutoCAD e su di queste operare
comunemente anche con rilievi ottenuti attraverso strumentazioni diverse (rotella metrica,
distanziometri laser, stazioni totali)
La procedura riportata è quella da utilizzare assolutamente quando:
- l'estensione del rilievo è elevata, cioè nel caso di punti distanti >1000 m;
- il rilievo debba essere georiferito su carte nazionali o combinato con altri rilievi;
- sia necessario operare con quote assolute (riferite al livello del mare).
Per rilievi locali (poche centinaia di metri) non è strettamente necessaria la conversione delle
coordinate piane WGS84 in ROMA40. Consiglio sempre la trasformazione delle altezze
ellissoidiche in quote ortometriche anche quando è sufficiente conoscere i dislivelli tra punti e
non le quote assolute.
I programmi sopracitati:
- VERTO: è quello ufficiale e generalmente utilizzato, consente il passaggio tra i diversi sistemi
di coordinate utilizzando i grigliati determinati dall'IGM stesso (indispensabili per l'uso)
- CARTLAB: la versione free utilizza un modello ônazionaleö del geoide e quindi non molto
preciso per cui i risultati hanno errori (per quello che ho potuto sperimentare) anche di 50-100
cm