Cartografia geografica e mappe topografiche.

Molto spesso i termini carta, cartina, mappa, planimetria ecc. vengono utilizzati impropriamente ed anche come sinonimi. Vediamo di orientarci analizzandone le principali differenze.
La carta geografica è una rappresentazione

Rilievo della Terra
Rilievo topografico con Gps
(approssimata, simbolica e ridotta in scala) a due dimensioni di una parte specifica della superficie terrestre. La scala di riduzione ne determina ed associa la denominazione: pianta o planimetria, mappa, carta topografica, carta corografica, carta geografica, planisfero.
Il termine carta viene usato anche in Astronomia per la rappresentazione del firmamento celeste. Le carte tematiche elaborate ed usate in altre Scienze come Geopolitica, Demografia associano la riproduzione del territorio con caratteristiche riguardanti fenomeni sociali, economici, storici, politici, ambientali, climatici ecc.

La cartografia (mappe, carte geografiche) vengono elaborate e fornite dalla Geodesia.
La Geodesia deriva dal greco ge, terra e daío, divido. E’ la disciplina delle Scienze della Terra che studia forma, misura e rappresentazione della Terra (Topografia), del campo gravitazionale e dei fenomeni geodinamici.

Il termine Geografia deriva dal greco antico ge, terra e grafos, descrizione. E’ la Scienza che ha per oggetto studio, descrizione e rappresentazione della Terra.

La Topografia deriva dai termini greci topos, luogo e graphein che significa scrivere. E’ la scienza che studia gli strumenti ed i metodi operativi, di calcolo e disegno, che sono necessari per ottenere una rappresentazione grafica della superficie terrestre. La topografia possiede un prevalente carattere applicativo utilizzando come base teorica scienze come matematica, geometria e fisica.
Le origini della Topografia sono ambientate nell’antico Egitto e presso gli Etruschi (L’Agrimensura era una pratica fondamentale. La ninfa Vegoia possedeva le conoscenze connesse alla delimitazione dei territori e delle Proprietà che erano contenute nel Liber Vegoia, oggi perduto. Terminus era presso gli etruschi la divinità tutelare delle pietre di confine venerato sul colle Capitolino).
Conosciute già nell’antica Roma le regole della triangolazione e rilevamento non vengono granchè usate. Nella Cina ci sono rilievi del territorio molto precisi già nel medioevo. Martino Martini porta in occidente queste carte e le rielabora in proprie opere. Passando nel XVII secolo in Francia venne compresa l’importanza, cominciando a eseguire rilievi topografici di rilievo. La prima carta topografica di tipo moderna fu la carta di Francia (1744) elaborata da César François Cassini de Thury-sous-Clermont. I rilievi furono approntati specialmente per le campagne militari. Molto famosi furono i rilievi topografici dei geometri di Napoleone, in cui partecipava attivamente.
Il teorema di Napoleone (1825) asserisce che i baricentri dei triangoli equilateri costruiti all’esterno dei lati di un triangolo qualsiasi, originano un triangolo equilatero.
In Italia occorre attendere Ignazio Porro, Giovanni Boaga e Giuseppe Birardi.
Ignazio Porro è il padre della celerimensura (1822), il metodo di triangolazione basato sulla determinazione di 3 valori di un medesimo punto del suolo a partire dalla base di stazionamento. Con questa procedura si misura la distanza dalla stazione, l’angolo zenitale, l’angolo orizzontale, l’altezza della base di stazionamento, l’altezza della stadia (prisma di collimazione).
I rilievi vengono effettuati con strumenti come il teodolite, gps e la stazione totale.
Come riferimento sul territorio viene preso in considerazione il campo topografico.
Il campo topografico è una parte del suolo intorno ad un punto in cui è possibile effettuare un rilievo planimetrico senza commettere errori.
[Un campo topografico di 10 km di raggio richiede misure di distanza di un mm/1 chilometro (scala 1/1.000.000). Nel rilievo delle quote, il campo topografico che permette errori trascurabili non è superiore ai 400-500 metri.]
Accanto ai tradizionali rilievi topografici, ai nostri giorni si vanno diffondendo sistemi informatici e di esplorazione e rilievo del suolo tecnologici (gps, satellitari ecc.).

La Cartografia è usata per rappresentare in scala ridotta la superficie terrestre su una carta.
Le rappresentazioni piane della superficie terreste vengono ottenute con il rilievo esatto dei punti con le rispettive conversioni matematiche chiamte Proiezioni Cartografiche.

Per la determinazione delle posizioni sul terreno, la Terra va rilevata secondo le componenti orizzontali e verticali, secondo le indicazioni di calcolo suggerite dalla Topografia.
Il calcolo della componente orizzontale si effettua con le Coordinate Planimetriche prendendo come superficie di riferimento l’ellissoide di rotazione. Il calcolo della componente verticale si effettua rilevando le altezze*(1) prendendo come riferimento il Geoide*(2).
L’introduzione dei rilievi satellitari GPS (Ground Position System, sistema di rilievo automatico della posizione basato sull’elaborazione della triangolazione dei dati forniti da almeno tre punti di osservazione fissi, posizionati sulle sommità del terreno d’analisi in antenne trasmettenti da rilievi o su ‘satellite’) ha permesso di superare le contrastanti nozioni dei rilievi tra ellissoide e geoide riferiti alla Terra.
Come riferimento per i rilievi topografici si utilizza il Sistema di riferimento UTM (Universale Trasversa di Mercatore)*(3) Gauss-Boaga. Il sistema Gauss-Boaga viene adottato in Italia per la cartografia ufficiale per conformarsi agli std internazionali.
Prende come riferimento il meridiano passante per Monte Mario (Roma) in due Fusi (Est ed Ovest). La coordinata chilometrica Nord viene calcolata come distanza dall’Equatore e la coordinata chilometrica Est si ottiene come riferimento al meridiano centrale di ciascuno dei due fusi Est o Ovest secondo l’ubicazione. Come sistema di coordinate era e continua ad essere utilizzato alternativamente il WGS84*(4).

La Geomatica è la disciplina che ha come obbiettivo l’integrazione della componente geografica nei sistemi informativi. Si occupa dunque dell’acquisizione, interpretazione, elaborazione, archiviazione e divulgazione delle informazioni georeferenziate.
Come campo di indagine e metodologia si riferisce alle discipline come Geografia, Cartografia, Geodesia, Astronomia, Matematica, Statistica connesse alla risoluzione dei problemi di posizionamento sulla superficie terrestre e all’Informatica.

Gli ambiti di ricerca è volta alla soluzione dello studio della forma della Terra, gravità, del GPS,
fotogrammetria digitale, scansione laser da terra e da velivoli, telerilevamento, cartografia numerica, Sistemi Informativi Territoriali, produzione di modelli digitali del suolo, cartografia 2D e 3D, geodinamica, censimento siti di interesse paesaggistico, ambientale, architettonico, artistico, archeologico, monitoraggio rischi idrogeologici, di strutture e infrastrutture, Geostatistica.

SIT è acronimo italiano che sta per Sistema Informativo Territoriale.
Il SIT è il complesso di uomini, strumenti e procedure per acquisizione e distribuzione di dati territoriali.

GIS è acronimo inglese Geographical Information System, che sta per Sistema di Informazione Geografico. Il GIS è composto da alcuni strumenti software per acquisire, memorizzare, trasformare e visualizzare dati spaziali presenti nel mondo reale. Il GIS -Geographical Information System- è un sistema informativo *(5) che associando agli elementi geografici delle descrizioni alfanumeriche raccoglie, analizza ed elabora dati spaziali per mezzo di elaboratori elettronici.

Il Gis fa uso di un software installato in un computer, che elabora dati provenienti da dati geografici geo-riferiti, (CTR Carte Territoriali Regionali, Dati catastali, Ortofoto e GPS) o cartografia varia da georeferenziare (mappe o carte geografiche di vecchi archivi, rilievi riportati a vista ecc.).
Ha lo scopo di creare nuove informazioni a partire dai dati grezzi esistenti.
Abbiamo quindi vari tipi di Gis.
GRASS GIS (Geographic Resources Analysis Support
System) distribuito sotto GNU General Public License
Quantum GIS -QGIS con interfaccia grafica multipiattaforma (Linux, Mac OS X e Windows).
SAGA GIS System for Automated Geoscientific Analyses di tipo modulare e per scopi scientifici.
ArcGIS GIS completo modulare e scalabile
AutoCAD Map 3D, sistema GIS integrato con AutoCAD.
E’ in grado di gestire CAD e GIS con unica nterfaccia e ambiente.

Manuale GIS.
Oltre al tradizionale sistema di rilevamento con aerofotogrammetria aerea, è stato adattato il rilievo satellitare, che ha rivoluzionato lo studio. L’adozione del software Gis -geographic information system- ha contribuito ulteriormente ad una individuazione più precisa del sito in studio. Il Gis è un programma per elaboratori elettronici che è in grado di georeferenziare varie mappe del territorio in studio e sovrapporle. La sovrapposizione (previa georeferenziazione = attribuzione di un dato di informazione geografico specifico su una mappa) facilita lo studio cartografico di un’area sotto disparati profili (geologico, catastale, architettonico, archeologico ecc). Si basa essenzialmente sullo studio delle mappe satellitari o aeree associate alle altre mappe catastali, storiche, di antichi archivi, civili o religiosi, forniscono indicazioni utilissime allo studio dei siti.

Le mappe usate nei software Gis hanno la caratteristica di integrare tutti i dati, georeferenziati, per essere trattate automaticamente dall’elaboratore.

I progetti e le possibilità delle applicazioni GIS risolvono molteplici problematiche di analisi territoriale come modellazione geostatistica, analisi idrogeologica, analisi e valutazione del rischio ambientale, gestione urbanistica, archeologia, geologia.

I GIS hanno sperimentato una forte diffusione in quanto hanno avuto rilascio open source potentissimi e professionalissimi software. Si sono diffuse non solo tra professionisti e le aziende, ma anche nella Pubblica Amministrazione.
Uno dei programmi più usati è Quantum GIS -QGIS- che si è diffuso oltre per la gratuitità anche per semplicità d’uso, compatibilità con le altre piattaforme e il continuo sviluppo e aggiornamento.
QGIS tratta dati sia vettoriali che raster con un’interfaccia molto flessibile e intuitiva.
Il software garantisce l’espandibilità e l’integrazione tramite un’infinità di plugin.
Editing del progetto, gestione dell’archivio dei dati, e layout di stampa hanno delle configurazioni altamente professionali associato ad un uso molto intuitivo.
Il software è dotato di Processing Toolbox, con il quale ha la possibilità di sfruttare i potentissimi geoalgoritmi nativi di elaborazione come quello dei provider esterni come GRASS, SAGA, Orfeo Toolbox, potenziando ulteriormente l’analisi geografica di QGIS (possibilità di generazione e importazione di DTM -Modelli Digitali del Terreno- generazione di cartografia derivata
come calcolo di volumi, carte di pendenza, esposizione versanti, Conversione Sistemi di Riferimento e di Coordinate, riproiezioni istantanee)

Georeferenziare una mappa o una carta geografica di tipo raster.
Ci sono alcune situazioni in cui è di estremo ausilio far uso di una mappa o una carta, la quale per vetustà o per precipue particolarità, unicità o esclusività non possiede i dati della georeferenziazione.

La georeferenziazione di dati di tipo raster.
Georeferenziazione è il processo mediante il quale a ciascun pixel del raster viene associate le coordinate del mondo reale.

Per prima cosa occorre individuare il sistema di riferimento (datum) che se non fornito nella mappa stessa, va indicato il più pertinente.
A livello generale le coordinate sono in Latidudine/Longitudine.

In QGis ad esempio si utilizza il plugin Georeferencer GDAL attivandolo direttamente da software. Plugins Gestisti e Installa Plugins e attiva Georeferenziatore Raster GDAL.
Per aprire il plugin, da menu Raster click su Raster – Georeferencer – Georeferencer.
Per aprire la nostra mappa (immagine in formato jpg) – selezionare File – Apri Raster.

In caso l’immagine venga da mappe fornite da GPS basta scegliere il sistema di riferimento delle coordinate SR (proiezione e datum dei punti di controllo) indicando CRS WGS84.
In caso l’immagine da georeferenziare sia un immagine generica jpg di una mappa

GCP (Ground Control Points) punto di Controllo al Suolo.
Per assegnare le coordinate ad alcuni punti (almeno 4) della mappa con i relativi contrassegni individuare i singoli punti di coordinate X=longitudine e Y=latitudine, fate click su Aggiungi punto nella barra degli strumenti. Ripetere l’operazione per tutti i punti conosciuti.

da Setting – Preferenze – Impostazioni di Trasformazione.
Impostazioni di trasformazione – Tipo di trasformazione – selezionare Thin Plate Spline – rinominare il raster in uscita con un nome .tif e Scegliere EPSG:4326 come SR di destinazione.
Dalla finestra di georeferenziazione – File – Inizia georeferenziazione. La mappa sarà deformata in base ai punti di controllo al suolo che darà come risultato finale il raster georeferenziato finale.

Cartografia di base in QGIS sono disponibili in base regionale. Solo alcune Regioni sono attive Toscana, Lombardia, Umbria.

La Carta Tecnica Regionale della Lombardia:
http://www.geoportale.regione.lombardia.it/

Per l’Umbria:
http://www.qgistutorials.com/it/docs/georeferencing_basics.html

URL:
http://geo.umbriaterritorio.it/ArcGIS/services/Public/CTR_10K_TEVERE_TRASIMENO_GB/MapServer/WMSServer?
http://geo.umbriaterritorio.it/arcgis/services/public/CATASTO_5K/MapServer/WMSServer
http://geo.umbriaterritorio.it/arcgis/services/public/ORTOFOTO_2008_GB/MapServer/WMSServer

Agenzia Entrate Territorio Catasto
https://wms.cartografia.agenziaentrate.gov.it/inspire/wms/ows01.php

Per l’uso delle cartografie fornite da google, bing ecc., installare plugin OpenLayers Plugin
Attivare da —> WEB —> OpenLayers Plugin —> Google Maps satellite
Alternativa gratuita —> Open street map

NOTE.
*(1) Altezza
è la posizione rispetto al livello del mare. Quota è l’altezza rispetto al suolo.
Lo strumento usato per misurare l’altitudine è l’altimetro.
Può essere misurata come riferimento al livello medio del mare, al suolo o ad alternativi livelli convenzionali.
Gli altimetri sono in linea generale strumenti analogici. Esistono altimetri digitali molto pratici in quanto forniscono dati aggiuntivi come valori massimi, minimi, differenze ed altre automazioni. Molto spesso hanno anche delle interfaccie per il collegamento ai pc o altre apparecchiature digitali.
Ne esistono vari tipi: barometrico, laser, GPS, sonico, radioaltimetro.
L’altimetro barometrico sfrutta la caratteristiche fisiche dell’atmosfera, per le quali la pressione diminuisce all’aumentare della quota, misurando la pressione atmosferica tramite un barometro. Al barometro viene associato un meccanismo che lo collega ad un quadrante con tre lancette. Una lancetta a triangolo segna 10.000 miglia, una segna 1.000 miglia e la più corta 20 miglia. Questo tipo di altimetro risente delle variazioni meteorologiche e di temperatura (l’aumento della temperatura fa diminuire la pressione). L’altimetro ha una manopola di taratura, per la regolazione fine della pressione atmosferica della località di riferimeto.
Il radioaltimetro usa il principio di funzionamento del radar, ottiene la misurazione della quota (distanza dal suolo) calcolando il ritardo prodotto dalle onde elettromagnetiche che emette dalla propria posizione verso il suolo.
L’altimetro laser ha un funzionamento analogo al radioaltimetro. In questo caso si utilizzano come frequenze luci laser (con una lunghezza d’onda di 8 miliardi di secondi) invece delle tradizionali onde elettromagnetiche.
L’altimetro sonico ha un funzionamento analogo al radioaltimetro, ma sfrutta onde sonore invece delle tradizionali onde elettromagnetiche.
L’altimetro GPS sfrutta i dati forniti da diverse postazioni (almeno 3) per mezzo della tradizionale triangolazione dei dati.

*(2) Il Geoide rappresenta la superficie equipotenziale (rispetto alla forza di gravità) che possiede minimo scostamentodal livello minimo del mare.
L’Ellissoide terrestre è un’approssimazione del più complesso geoide.
Ne esistono di svariati: Everest (1830) – Bessel (1841) – Airy (1858) – Clarke (1858), (1866), (1880) – Hayford (1909) – Krassovsky (1948) – I.U.G.G. (1967) – WGS72 (1972) – WGS84 (1984).

*(3) UTM = Universal Transverse Mercator projection
E’ il sistema di riferimento oggi in uso per uniformare la cartografia in tutta la Terra.
La Terra viene suddivisa in 60 fusi longitudinali con ciascun fuso di ampiezza 6 gradi.

* (4) WGS84, World Geodetic System è sistema di coordinate geografiche geodetico adottato nel 1984 a livello mondiale. Si basa sul modello matematico, geometrico, geodetico e gravitazionale della Terra, un ellissoide di riferimento che usa lo standard EGM96.

* (5) Il sistema informativo è un insieme di elementi come dati, informazioni, persone, strumenti (computer, hardware e software, periferiche ecc.), procedimenti, che vengono impiegati strategicamente insieme allo scopo di fornire elaborate informazioni di studio.

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