I risultati della misura sono prima di tutto numeri. L’affermazione appare quasi banale, anche se nasconde alcune considerazioni che è opportuno sottolineare.
Innanzitutto, considerato che si utilizzano strumenti quasi esclusivamente digitali, la misura è un numero decimale finito, cioè con un numero di cifre decimali fisso o fissabile. Tale numero esprime il rapporto tra la misura e la corrispondente unità di misura.
Il numero può essere frutto di una misura diretta oppure frutto di elaborazioni successive alla misura. Per esempio, un ecoscandaglio misura differenze di tempo o di fase, e le distanze sono stimate attraverso la conoscenza della velocità del suono in acqua. Essendo la velocità stimata, il risultato conterrà errori della misura in sé e sulla stima della velocità.
13 Dalla pubblicazione dell’Istituto Idrografico della Marina II 3176 “Disciplinare tecnico per la standardizzazione dei rilievi idrografici”, Edizione 2016.
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Le misure fisiche o quantomeno i dati più vicini alle misure fisiche (chiamati in idrografia raw data) andrebbero sempre registrati e preservati in archivi digitali, in quanto rappresentano quanto di più vicino alla quantità da misurare. La conservazione dei raw data permette inoltre alla misura di essere tracciabile, ed eventualmente in futuro di essere utilizzabile per scopi diversi da quello iniziale (si connetta questo concetto a quanto espresso relativamente alle MSDI nel primo capitolo). Una buona strategia è misurare nella maniera migliore possibile in relazione alle risorse a disposizione (strumentazione, tempo e strategia di misura incluse le capacità degli operatori) e poi scalarla in funzione degli immediati utilizzi, lasciando ai raw data il compito di trasportare nel futuro l’informazione aggiuntiva.
Tornando al numero decimale finito, bisogna stabilire a che cifra fermarsi. In altre parole, decidere la risoluzione del sistema di misura e operare quindi il relativo troncamento. La scelta non è arbitraria, ma legata alla rappresentatività delle cifre. Se uno strumento ha una certa incertezza di misura, per esempio un centimetro, sicuramente la risoluzione dovrà essere minore di un centimetro, altrimenti si perdono cifre significative non rappresentando il fenomeno al limite delle potenzialità a disposizione. Appare però inutile, e spesso anche fuorviante, aggiungere cifre non rappresentative, che ad occhi poco esperti sembrano aumentare la qualità delle misure. In realtà aggiungono solo “spazi bianchi”. La risoluzione va quindi sempre mantenuta minore dell’incertezza di misura stimata, con un rapporto che anche in relazione alle potenzialità dei moderni calcolatori può essere mantenuto tra 1/5 e 1/10.
Il reference
La misura si completa, insieme al numero e alla stima dell’incertezza, con il suo riferimento.
Le note alla definizione del VIM riportano gli aspetti operativi più essenziali. I concetti di measurement unit e measurement procedure sono coincidenti con le comuni accortezze, e esprimono la necessità di definire l’unità di misura e confrontarla con il valore misurato. Il reference material è invece più sostanziale per le misure idrografiche e merita un approfondimento.
Viene così definito:
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“material, sufficiently homogeneous and stable with reference to specified properties, which has been established to be fit for its intended use in measurement or in examination of nominal properties”
Rappresenta la veste concreta del riferimento, che va oltre la sua definizione fisica. Ogni misura ne ha uno proprio, che ovviamente bisogna tenere quanto più possibile simile al campione, in quanto con la sua differente metrica cambia il valore (numero) della misura.
Si pensi alla definizione di metro o secondo. Dalla brochure del sistema internazionale di misura si legge:
“The metre is the length of the path travelled by light in vacuum during a time interval of 1/299 792 458 of a second;”
“The second is the duration of 9 192 631 770 periods of the radiation corresponding to the transition between the two hyperfine levels of the ground state of the caesium 133 atom.”
Ogni strumento che misuri lunghezze oppure tempi risale alla definizione originaria riportata sopra attraverso una catena più o meno lunga di campioni di misura, cui i singoli strumenti si riferiscono. Ovviamente ogni singola misura, sempre affetta da incertezza, ha diversa metrica e porta di fatto ad un numero diverso. Ecco perché una misura senza la relativa metrica (cioè il reference) non è rappresentativa.
In particolare, in idrografia le misure riguardano lo spazio quadridimensionale (tre dimensioni spaziali ed una temporale) ed hanno sempre una connessione fisica diretta o indiretta al territorio. La materializzazione del reference non può che avvenire attraverso punti fisicamente determinati.
Tali punti sono dapprima scelti attraverso un set di regole teorico che determina la geometria del sistema, senza però definirne la realizzazione fisica. Si pensi, ad esempio, al set di regole del sistema di riferimento delle posizioni stabilito dallo International Earth Rotation and Reference Systems Service (IERS) definito International Terrestrial Reference System (ITRS), nell’ambito del quale sono fissate le dimensioni dell’ellissoide di riferimento e il suo posizionamento teorico. Oppure al centro teorico del trasduttore, solitamente indicato nel manuale operativo, a cui le misure sono riferite.
Il set di regole teorico viene poi fisicamente realizzato costituendo parte di quel reference material sopra definito.
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Si pensi, per lo stesso esempio riportato in precedenza, alla realizzazione fisica dell’ITRS attraverso un set di punti materialmente definiti nel mondo che costituiscono il frame fisico del set di regole. Tali punti sono l’International Terrestrial Reference Frame. Essendo i punti in movimento per la tettonica delle placche, non vengono riportate solo le coordinate ma anche la stima del loro cambiamento nel tempo. Essendo inoltre le misure e le stime delle loro variazioni affette da incertezze, i punti possono essere aggiornati (e ricalcolati) periodicamente attraverso una nuova realizzazione del frame. Nel caso del trasduttore, le misure saranno riferite ad un punto fisico presente materialmente del trasduttore, che potrebbe essere diverso da quello teorico e cambiare nel tempo.
Il frame è quindi necessario per ogni misura, e può cambiare nel tempo. Nel caso delle misure idrografiche il frame ha una connotazione spaziale, e materialmente va definito per ogni singola misura. Una deriva del frame, che solitamente ha spostamenti lenti, può causare errori sistematici nella misura.
Un accenno merita il riferimento temporale, che realizza il reference rispetto alla quarta dimensione caratterizzante delle misure idrografiche. Al pari dello spazio, tutte le misure idrografiche hanno un reference temporale. Anch’esso ha una realizzazione materiale nel mondo attraverso un set di orologi atomici che mantengono il Coordinated Universal Time (UTC), a cui le misure dovrebbero riferirsi. L’orario UTC è direttamente misurabile dai moderni ricevitori satellitari GNSS e disponibile in uscita dallo strumento al pari della posizione.