Sistemi di riferimento geografico e proiezioni cartografiche

I sistemi di riferimento sono gli strumenti che permettono di individuare un punto sulla terra mediante le opportune cartografia, ognuna delle quali segue uno studio accurato di determinati fattori. È necessario sottolineare che l’individuazione di un punto sulla terra avviene mediante la conoscenza delle coordinate geografiche, latitudine e longitudine, ovvero degli angoli rispettivamente determinati il primo, la latitudine, a partire dal piano dell’equatore e il secondo, la longitudine, misurato dal meridiano di Greenwich, espressi in termini di gradi, primi e secondi (come se fossero porzioni di cerchio). Un aspetto determinante da tenere in considerazione è la forma in cui il nostro pianeta si presenta, infatti mentre nelle raffigurazioni convenzionali più elementari la Terra è rappresentata con una forma sferica perfetta, dagli studi affrontati dalla geodesia si è riscontrato che la Terra può essere approssimata a un geoide o a un ellissoide, in quanto la sua forma, irregolare, è dovuta da molteplici fattori, come le forze (di attrazione gravitazionali, di movimenti di rotazione e traslazione, ecc.) che agiscono sulle sue masse (solide e liquide). Come emerso dagli studi della geodesia è chiaro quindi sottolineare che in base all’approssimazione della Terra a un geoide o a un ellissoide, bisogna considerare le dimensioni dell’ellissoide che meglio approssimano la reale forma terrestre e gli scostamenti che si hanno rispetto al geoide (forma riconosciuta

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tramite le misure gravimetriche). In base a quanto detto precedentemente, bisogna chiarire che la superficie che noi vediamo è la superficie topografica (orografia del terreno, ecc.), la superficie che noi percepiamo in base alla forza gravitazionale è la superficie geoidica, mentre la superficie ellissoidica è un’astrazione matematica, che ci permette di studiare la terra attraverso modelli analitici. La superficie geoidica in relazione alla superficie ellissoidica (presa come riferimento), presenta degli scarti, le ondulazioni, che tenuti in considerazione unitamente al fatto che la verticale dell’ellissoide e quella del geoide si forma un angolo, detto deflessione della verticale, consentono di studiare la superficie mediante gli studi gravimetrici e riportare su mappa la differenza di quota in ogni punto.

In base all’orientamento del geoide rispetto all’ellissoide si possono ottenere diversi risultati, determinando allo stesso tempo cartografie più o meno affidabili.

Se si considera l’orientamento forte, ovvero se l’ellissoide è orientato rispetto al geoide in modo che è garantita la tangenza tra le due superfici e la coincidenza tra la verticale geoidica e la verticale ellissoidica, la cartografia prodotta dalla proiezione sul piano della superficie ellissoidica presenterà un elevato grado di affidabilità per il territorio circostante il punto di tangenza.

Se si considera un orientamento debole, o medio, ovvero se l’ellissoide è orientato rispetto al geoide in modo che non vi è un punto in cui sia garantito la tangenza tra le due superfici, ma si ha una posizione reciproca in modo che gli scarti tra le due superfici siano minimi per un vasto territorio, la cartografia prodotta dalla proiezione sul piano della superficie ellissoidica sarà affidabile per un vasto territorio circostante il punto di contatto.

Se si considera un orientamento geocentrico o globale, ovvero se l’ellissoide è orientato rispetto al geoide in modo che vi sia coincidenza tra il centro dell’ellissoide e il centro di massa del geoide, la cartografia prodotta dalla proiezione sul piano della superficie ellissoidica non risulterà ottimale ma permette di avere un unico sistema di riferimento per l’intero pianeta.

Da quanto emerge, il miglior sistema di riferimento per l’intero pianeta risulta quello dell’orientamento geocentrico, sottolineando che lo studio degli scarti (le ondulazioni) tra ellissoide e geoide risulta indispensabile.

Il sistema di riferimento Nazionale Italiano, Roma 1940, tiene in considerazione l’ellissoide internazionale di Hayford e l’orientamento forte in corrispondenza

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dell’Osservatorio Astronomico di Roma Monte Mario. L’ellissoide è tangente al geoide in corrispondenza dell’osservatorio e in questo punto vengono attribuite le coordinate geografiche ricavate da misure astronomiche, inoltre nel punto di tangenza si ha coincidenza tra la verticale geoidica e la verticale ellissoidica e conseguentemente si ha la minimizzazione tra le deviazioni della verticale e gli scarti tra le superfici geoidica e ellissoidica su tutto il territorio interessato dal sistema di riferimento, con orientamento dell’asse di rotazione dell’ellissoide nella direzione del Nord astronomico.

Il sistema di riferimento Europeo, ED50, tiene in considerazione l’ellissoide internazionale di Hayford e l’orientamento debole in corrispondenza dell’Osservatorio Astronomico di Potsdam. L’ellissoide è tangente al geoide in corrispondenza dell’osservatorio e in questo punto vengono attribuite le coordinate geografiche ricavate da misure astronomiche, inoltre nel punto di tangenza lo scarto tra la verticale geoidica e la verticale ellissoidica è medio per tutto il territorio europeo.

Il sistema di riferimento Mondiale, WGS84, considera l’orientamento geocentrico con l’ellissoide WGS84 e tiene in considerazione le ondulazioni esistenti tra la superficie geoidica e la superficie ellissoidica.

L’esigenza di adottare un unico sistema di riferimento per tutto il pianeta è stato dettato dalla necessità di avere un’unica lettura universale dei dati, in quanto punti con le stesse coordinate in sistema diversi non necessariamente coincidono e allo stesso tempo il medesimo punto può avere coordinate diverse in sistemi differenti, in tal senso si evince la necessità di costituire una rete di satelliti che implementi il sistema di riferimento. Un datum, o sistema di riferimento, è pertanto costituito da un ellissoide e del suo orientamento rispetto al geoide, e da una rete compensata di punti.

Il GPS è uno strumento che permette di localizzare un punto sulla superficie terrestre tramite l’utilizzo di satelliti in orbita intorno al nostro pianeta.

Le proiezioni sono operazioni matematiche che permettono di rappresentare su un piano la forma tondeggiante a geoide della terra. Il sistema di proiezioni rappresenta il modo attraverso il quale un oggetto sulla superficie terrestre, quindi tridimensionale, è raffigurato su un piano cartesiano, ovvero in due dimensioni.

I sistemi di riferimento maggiormente utilizzati sono: il sistema latitudine-longitudine, la proiezione Universale Trasversa di Mercatore (spesso denominata UTM) e la Gauss- Boaga, e in base ad ognuno di questi sistemi di riferimento la proiezione implica una distorsione, più o meno accentuata, dei dati utilizzati.

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associato spesso al sistema di riferimento WGS84 (World Geodetic System, definito nel 1984), quest’ultimo usato dal sistema GPS; in genere tale tipo di sistema è poco utile per piccole distanze, in quanto la lunghezza dell’arco, che si forma tra il centro della terra al punto considerato presente sulla superficie terrestre, non è costante e la rappresentazione cartografica non è sferica ma planare.

Figura 1 - Proiezione UTM - Fusi

La proiezione Universale Trasversa di Mercatore, UTM, è un sistema di riferimento, espresso in metri, in cui si ha la divisione per fusi in base alla longitudine e in fasce in base alla latitudine. In particolare il globo è diviso in 60 fusi di 6° gradi di ampiezza, ciascuno intorno a un meridiano di riferimento, numerati progressivamente a partire dal meridiano di Greenwich da ovest a est; è suddiviso in venti fasce (da 80° nord a 80° sud) di 8° di latitudine, indicate dalle lettere inglesi da C a X. È necessario sottolineare che l’intersezione tra fusi e fasce determina delle aree, dette zone, individuate dalla lettera del fuso unitamente alla lettera della fascia. Per quanto riguarda il nostro paese, l’Italia ha la parte occidentale sul fuso 32, la parte orientale sul fuso 33 e per una parte della regione Puglia interessa anche il fuso 34, per quanto riguarda i meridiani centrali sono il 9° e il 15°, ed in relazione alle lettere che individuano le fasce è compresa nelle

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lettere T e S.

La proiezione di Gauss-Boaga rappresenta il procedimento matematico che dalle coordinate geografiche latitudine-longitudine calcola le coordinate cartografiche sul piano. Questo tipo di proiezione è del tutto simile all’UTM, differenziandosi nel fatto che mentre la proiezione UTM utilizza un cilindro tangente all’equatore, la proiezione Gauss-Boaga utilizza un cilindro tangente a un meridiano, detto meridiano di riferimento, il quale con l’equatore forma segmenti di retta con angolo retto nell’origine delle coordinate, avente unità di misura i metri. È da sottolineare che tale tipo di sistema di proiezione è un caso particolare del sistema di proiezione di Gauss.

Un file GIS utilizza un sistema di proiezione e di coordinate per memorizzare la posizione del dato e definire posizione geografica, ed è in grado di gestire contemporaneamente dati provenienti da sistemi di proiezione e riferimento differente, effettuando conversioni fra i vari sistemi. È necessario sottolineare che differentemente dalla cartografia su carta, la scala in un GIS non è indice della scala di visualizzazione ma evidenzia la qualità del dato, ovvero nel GIS è possibile ingrandire le varie porzioni di territorio e il programma indica la scala ideale alla quale visualizzare il dato, senza evidenziare le imperfezioni.