Ogni carta è il risultato di una proiezione di ogni punto del globo.
Ricordate il globo terrestre didattico che ci facevano vedere a scuola? Quello sferico? Immaginate di portarvelo a casa e di mettervi all’interno una lampada. Ora proseguite con l’immaginazione. Oscurate la stanza dopo averla liberata da ogni mobile. Appendete il mappamondo al lampadario centrale in modo che si trovi al centro della stanza e accendete la luce posizionata al suo interno. La luce, attraversando i disegni riportati sulla superficie del mappamondo, proietterà delle ombre nelle pareti circostanti. Ora prendete una matita e disegnate le ombre proiettate e alla fine del lavoro spegnete la lampada ed accendete quella della stanza. Noterete che le vostre pareti riporteranno una carta terrestre molto accurata, anche se soffrirà delle ovvie deformazioni tipiche delle proiezioni. Come, per esempio, quella di cui soffriamo quando utilizziamo un videoproiettore.
La terra per i cartografi
La geodesia (dal greco geos – terra – e d`aiesthai – dividere) è la scienza che studia la forma e le dimensioni della terra.
Se la terra dallo spazio appare sferica, effettuando delle misurazioni, già prima dell’avvento dei satelliti geodetici ci si accorse che in realtà non lo era affatto.
Per esempio ci sono degli avvallamenti nell’emisfero nord che non si ritrovano nell’emisfero sud.
Per procedere alla redazione di carte e quindi alla proiezione dei dati, da una superficie di riferimento curva, alla superficie piana della carta, è necessario fare delle assunzioni sulla forma della Terra.
La superficie della terra, un solido che non può essere definito esattamente in modo analitico, può essere approssimata con differenti modalità e finalità a differenti superfici geometriche: piana, sferica o ellissoidica, al fine di studiarne il rilevamento e la rappresentazione cartografica.
Il geoide
La reale superficie della terra è stata concepita come quella superficie teorica che assumerebbe il globo terrestre se fosse interamente coperto da mari e in assenza di perturbazioni locali, quali moto ondoso, correnti, salinità, maree ecc..
Si tratta cioè di una superficie equipotenziale che può essere misurata sperimentalmente con delle misurazioni dell’intensità della gravità.
Poiché la distribuzione nel globo di densità e masse non è uniforme, la superficie non risulta regolare ma caratterizzata da flessioni e gobbe in vari punti.
Lo studio di un’espressione analitica che descriva il geoide è estremamente complesso.
Si utilizza come superficie di riferimento planimetrica un ellissoide di rotazione, i cui scostamenti dal geoide, detti ondulazione, risultano generalmente nell’ordine dei 50 metri.
L’ellissoide
Per le ragioni espresse, si è convenuto internazionalmente di assumere come superficie di riferimento planimetrica della Terra l’ellissoide di rotazione schiacciato ai poli, mentre per le quote la superficie di riferimento solitamente è il geoide.
Nel tempo sono stati calcolati diversi ellissoidi.
Qui un elenco rapido degli ellissodi utilizzati nel corso degli anni.
Bessel 1841, Clarke 1880, Helmert 1906, Hayford 1909, ED50 1909, WGS72 1967, WGS84 1980
Ellissoidi nazionali e globali:
L’utilizzo dell’ellissoide come superficie di riferimento planimetrica rende possibile effettuare il passaggio, pur con delle inevitabili deformazioni, dalla superficie fisica della Terra alla sua proiezione cartografica.
L’ellissoide considerato finora, che approssima la superficie di tutto il globo, si definisce geocentrico ed ha l’asse di rotazione che lo genera coincidente con l’asse di rotazione terrestre ed il piano designato dalla rotazione dell’asse maggiore dell’ellisse coincidente con il piano equatoriale.
Tale approccio minimizza lo scostamento tra ellissoide e geoide ai poli ed all’equatore, ma lo rende massimo alle latitudini medie, quelle europee ed italiana in modo particolare.
Poiché in passato era inimmaginabile un approccio globale ai problemi geodetici come ora è possibile in virtù degli strumenti satellitari e del sistema GPS in particolare, i geodeti delle varie nazioni, adottarono come riferimento non l’ellissoide geocentrico, ma un ellissoide nazionale di uguale dimensione e forma di quello geocentrico, ma leggermente traslato rispetto alla collocazione geocentrica.
L’inconveniente dell’uso di un ellissoide locale è che allontanandosi dal punto di tangenza, ellissoide e geoide tendono a scostarsi maggiormente che nel caso di un orientamento geocentrico.
I geodeti italiani decisero nel 1940 di adottare l’ellissoide internazionale di Hayford (1909), tangente con il geoide in corrispondenza dell’Osservatorio di Monte Mario a Roma, le cui coordinate astronomiche (rispetto al geoide) erano state calcolate con accurati calcoli astronomici.
Una volta definito l’ellissoide di riferimento ed il suo orientamento per la costruzione della cartografia è fondamentale la costruzione, a partire dal punto di emanazione e di punti di cui sono note le coordinate astronomiche e la determinazione della posizione di un limitato numero di punti caratterizzati da elevata precisione (vertici trigonometrici).
Si crea perciò, per mezzo della triangolazione (definizione e misurazione di triangoli sul terreno) una rete geodetica di primo ordine che sarà la base per i rilevamenti successivi.
Reti geodetiche
L’inquadramento geodetico di una regione consiste quindi nella definizione, mediante un’opportuna serie di misure di angoli, distanze e dislivelli, delle coordinate geografiche di un insieme di punti disseminati sul territorio.
La rete geodetica italiana di 1° ordine è caratterizzata da una rete di triangoli approssimativamente regolari e di 30km di lato. Su tale base sono stati effettuati dei rilevamenti fino alla creazione di reti di IV ordine.
Datum
L’insieme dei dati di forma, dimensione e orientamento relativi all’ellissoide, uniti alla misurazione e calcolo sul terreno della rete geodetica è detto datum geodetico o sistema geodetico di riferimento.
Il datum geodetico può essere definito perciò come un sistema di riferimento che permette di esprimere in termini matematici la posizione di punti sulla superficie della Terra.
Nella pratica il Datum è definito da una serie di punti materializzati sulla superficie terrestre, ai quali vengono attribuiti determinati valori di coordinate.
Benchè la definizione di un datum geodetico sia tridimensionale, il datum viene solitamente utilizzato solamente per la planimetria (si parla perciò di horizontal datum).
L’altimetria (determinazione delle quote ortometriche) richiede l’utilizzo di un altro datum (vertical datum), basato sul campo gravitazionale e quindi sul geoide.
Esso è basato su una differente rete di misurazione, che parte da un mareografo che misura l’altezza media del mare.
Anche qui si parla di modelli di geoide locali e globali, rilevati da satellite.
In conclusione, occorre osservare che le differenze di forma e dimensioni degli ellissoidi associati ai diversi datum, e la diversa posizione rispetto alla superficie fisica della Terra dovuta al diverso orientamento, fanno si che le coordinate geografiche di uno stesso punto valutate in datum diversi siano diverse anche per alcune centinaia di metri, per cui è assolutamente indispensabile stabilire con precisione il datum con cui si lavora.
In Italia sono un uso tre datum diversi: Roma40, ED50 e WGS84-ETRF89.
Roma40 è il più usato a fini geodetici e topografici.
E’ adottato per la cartografia nazionale e regionale.
Il punto di emanazione è l’osservatorio di Roma Monte Mario e quella verso il monte Soratte è la direzione di riferimento.
Il meridiano di riferimento è quello passante per l’osservatorio di Monte Mario (1227’08.40” da Greenwich in ED50).
Il sistema è utilizzato dalla carta ufficiale d’Italia dell’IGM e dalle regioni per la produzione di cartografia tecnica.
Il datum ED50 risulta dall’integrazione delle reti geodetiche nazionali europee.
Ha il punto di emanazione a Postdam, in Germania, ed utilizza i parametri dell’Ellissoide Internazionale di Hayford.
Le longitudini sono contate dal meridiano di Greenwich, le latitudini dall’equatore.
E’ utilizzato nella cartografia IGM di nuova produzione ed in quella regionale.
Il datum di più recente adozione è il WGS84-ETRF89.
Si tratta di un datum globale, basato sull’orientamento geocentrico dell’ellissoide WGS84 e su misurazioni geodetiche satellitari.
Le longitudini sono calcolate da Greenwich e le latitudini dall’equatore.
E’ utilizzato per l’inquadramento della nuova cartografia ufficiale italiana al 25 000 dell’IGM.
Infine la cartografia catastale di produzione precedente il 1940 utilizza il sistema Cassini Soldner con l’ellissoide di Bessel utilizzato con tre orientamenti locali e la cartografia IGM precedente a tale data è riferita all’ellissoide di Bessel.
