Dispense di cartografia numerica - Corsi di Laurea a...

Sommario

SOMMARIO...........................................................................................................................1

1. CARTOGRAFIA TRADIZIONALE E CARTOGRAFIA NUMERICA...................................3

CARTOGRAFIA TRADIZIONALE...................................................................................................3 CARTOGRAFIA AUTOMATICA.....................................................................................................4 CARTOGRAFIA NUMERICA.........................................................................................................4 TIPOLOGIA DELLA CARTOGRAFIA NUMERICA...............................................................................5 SCALA NOMINALE.....................................................................................................................6 DISCRETIZZAZIONE DELLE LINEE CURVE ....................................................................................7 CONTENUTO PLANIMETRICO DELLA CARTOGRAFIA NUMERICA ....................................................9 CONTENUTO ALTIMETRICO DELLA CARTOGRAFIA NUMERICA.....................................................12 QUOTA DEI PUNTI CHE DESCRIVONO LA PLANIMETRIA ...............................................................13 QUOTA IN GRONDA DELLE UNITÀ VOLUMETRICHE......................................................................14 SISTEMA DI CODIFICA.............................................................................................................14 POSSIBILI ARTICOLAZIONI DEI CODICI.......................................................................................15

2. ORGANIZZAZIONE DEI DATI ........................................................................................21

STRUTTURA DEI DATI .............................................................................................................23 STRUTTURA GEOMETRICA.......................................................................................................23 STRUTTURA TOPOLOGICA .......................................................................................................25 CONGRUENZE GEOMETRICHE PLANIMETRICHE.........................................................................27 FUSIONE DEI PUNTI SIMILI .......................................................................................................28 MANCATA INTERSEZIONE TRA LINEE: .......................................................................................29 MAKE - UP.............................................................................................................................30 CONGRUENZE GEOMETRICHE ALTIMETRICHE ...........................................................................33 CONDIZIONI GEOMETRICHE DA RISPETTARE.............................................................................34 GEOMETRIA DELLE ENTITÀ......................................................................................................34

3. METODI DI PRODUZIONE.............................................................................................39

RILIEVO DIRETTO SUL TERRENO..............................................................................................40 STRUTTURA DEI DATI..............................................................................................................43 METODO FOTOGRAMMETRICO NUMERICO DIRETTO...................................................................46 RESTITUZIONE GRAFICA IN LINEA.............................................................................................49 ALTRE FUNZIONI DI RESTITUZIONE...........................................................................................57

Sommario

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4. DIGITALIZZAZIONE DI CARTOGRAFIA ESISTENTE ...................................................61

LE TRASFORMAZIONI PIANE ELEMENTARI.................................................................................61 INTERPRETAZIONE GEOMETRICA DELLA TRASFORMAZIONE OMOGRAFICA ...................................62 INTERPRETAZIONE GEOMETRICA DELLE AFFINITÀ......................................................................63 PARAMETRI GEOMETRICI DELLE TRASFORMAZIONI ....................................................................64 L'ACQUISIZIONE DEI DATI ........................................................................................................68 ORIENTAMENTO DELLA CARTA.................................................................................................69 STRUMENTI PER LA NUMERIZZAZIONE AUTOMATICA ..................................................................76 ELABORAZIONE DI UN FILE IMMAGINE.......................................................................................81

5. EDITING CARTOGRAFICO............................................................................................85

CATTURA DI UNA ENTITÀ ........................................................................................................87 PRINCIPALI FUNZIONI DI EDITING .............................................................................................89 ZOOM....................................................................................................................................89 REPAINT................................................................................................................................89 DISPLAY ................................................................................................................................89 SPOSTAMENTO ......................................................................................................................89 INQUIRY ................................................................................................................................89 CANCELLAZIONE DI ENTITÀ .....................................................................................................90 MODIFICA DI ENTITÀ ...............................................................................................................91 DUPLICAZIONE.......................................................................................................................92 TRIM .....................................................................................................................................92 TRACCIAMENTO DELLA PARAMETRATURA.................................................................................93 CHIUSURA .............................................................................................................................93 EDITING SULLA TOPONOMASTICA.............................................................................................93

6. TRASFERIMENTO DEI DATI..........................................................................................95

7. CAPITOLATI PER CARTOGRAFIA NUMERICA............................................................99

CAPITOLATO PER CARTOGRAFIA NUMERICA IN SCALA 1:5000 E 1:10000..................................99 SISTEMA DI COORDINATE E TAGLIO DEI FOGLI.........................................................................100 TOLLERANZA PLANIMETRICA E ALTIMETRICA...........................................................................101 RIPRESA FOTOGRAMMETRICA ...............................................................................................102 DETERMINAZIONE DEI PUNTI DI APPOGGIO .............................................................................105 TRIANGOLAZIONE AEREA ......................................................................................................107 RESTITUZIONE TRADIZIONALE E NUMERICA ............................................................................109 RICOGNIZIONE SUL TERRENO................................................................................................111 EDITING GRAFICO E ALFANUMERICO ......................................................................................111 ALLESTIMENTO DEI FILE DI TRASFERIMENTO...........................................................................113 CAPITOLATO PER CARTOGRAFIA NUMERICA IN SCALA 1:1000 E 1:2000..................................115 SISTEMA DI COORDINATE E TAGLIO DEI FOGLI.........................................................................115 TOLLERANZA PLANIMETRICA E ALTIMETRICA...........................................................................116 RIPRESA FOTOGRAMMETRICA ...............................................................................................117 DETERMINAZIONE DEI PUNTI DI APPOGGIO .............................................................................117 TRIANGOLAZIONE AEREA ......................................................................................................117

1. Cartografia tradizionale e cartografia numerica

CARTOGRAFIA TRADIZIONALE La cartografia tradizionale è costituita da un disegno del territorio da rappresentare, realizzato in un sistema di coordinate piane cartesiane, suddiviso in tavole completate dalla cornice e dalla parametratura. La rappresentazione viene realizzata secondo uno schema che prevede due categorie di informazioni: la planimetria e l’altimetria; la prima è costituita dalla proiezione sul piano della rappresentazione dei particolari naturali e artificiali del terreno e la seconda dai punti quotati e dalle curve di livello. La planimetria è sempre presente, mentre l’altimetria può anche non esserci come ad esempio nella vecchia cartografia catastale. Altri elementi caratteristici che fanno del disegno una carta sono: • la scala 1:n, essendo n il numero di volte di cui è ridotta sulla carta la distanza

tra due punti • la legenda che fornisce la chiave di lettura della carta secondo diversi tipi di

linee, retinature, simboli, segni convenzionali ecc..

Gli scopi principali per cui viene realizzata e letta una carta sono i seguenti: • fornire una conoscenza del territorio basata sia sull’osservazione puntuale di

ogni singolo oggetto, sia come visione generale di insieme paragonabile a quella che si avrebbe osservando il territorio in direzione nadirale da una conveniente altezza

• consentire di sviluppare processi logici di tipo deduttivo e induttivo in funzione di relazioni di concomitanza, di vicinanza, di frequenza, ecc..

• costituire il supporto di base, anche in senso fisico, per i lavori di classificazione, di pianificazione, di progettazione e di gestione del territorio.

Tutte le caratteristiche qualitative e metriche che sono state elencate indicano a quali aspetti formali un disegno del territorio debba soddisfare e quali contenuti debba avere, affinché corrisponda in termini tecnici ad una carta. La cartografia è un prodotto che si richiama a discipline scientifiche quali la Geodesia, la Topografia e la Fotogrammetria ed è anche l’elemento di conoscenza del territorio che deve avere dei requisiti generali che la rendano “strumento di informazione” quali: • la congruenza: in base alla quale una qualsiasi informazione contenuta nella

carta non deve essere in contraddizione con alcuna delle altre; • la leggibilità che deve garantire l’univocità di interpretazione • la veridicità, cioè la corrispondenza al vero dell’informazione qualitativa, che

costituisce un vincolo anche più severo delle stesse tolleranze metriche.

Mentre gli aspetti formali, i contenuti e le funzioni base della cartografia, hanno subito delle evoluzioni nel corso dei tempi, questi requisiti generali, anche se sottintesi, hanno sempre permeato la sua intima essenza. Il modo con cui la carta deve essere prodotta sarà oggetto di norme di Capitolato, le quali hanno lo scopo di fornire al committente degli elementi di garanzia aprioristici sul prodotto da ottenere. Il capitolato regolerà anche le procedure di affidamento dei lavori secondo norme di legge e ha il vantaggio di creare uno standard di produzione.

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CARTOGRAFIA AUTOMATICA Per ottimizzare la produzione della cartografia tradizionale disegnata, a partire dalla fine degli anni 70 , furono applicate delle tecniche, basate sull’uso del plotter, che sono generalmente indicate con il nome di cartografia automatica. La cartografia automatica implicava che, in una certa fase della produzione della cartografia tradizionale, il dato cartografico venisse gestito in forma numerica. In effetti gli elementi cartografici venivano necessariamente gestiti in termini di coordinate, peraltro solo planimetriche, ma non venivano affrontate, perché non necessarie, le tematiche più importanti che contraddistinguono la cartografia numerica, quali la strutturazione dei dati, le codifiche, l’aspetto della terza dimensione, ecc.. La cartografia automatica era cioè un complesso di procedimenti operativi di ausilio alla produzione cartografica che facevano parte del processo produttivo, con lo scopo di evitare la fase di disegno e che portavano al tracciamento automatico della carta. Il fatto che le prime cartografie numeriche siano state prodotte a partire dalla cartografia tradizionale esistente, per scansione in formato raster o per digitalizzazione in formato vettoriale, ha contribuito a creare l’equivoco che non esistessero differenze tra cartografia numerica e cartografia tradizionale, se non riguardo al solo aspetto formale: la cartografia numerica era vista come la semplice traduzione in ambiente numerico della cartografia tradizionale. Questo equivoco che portava all’inizio a confondere la cartografia automatica e la cartografia numerica è stato successivamente superato, quando è stato chiaro che la cartografia numerica non era soltanto una fase della realizzazione della cartografia tradizionale, ma era essa stessa un nuovo prodotto, di grandissime potenzialità e di cui andavano definiti i parametri di qualità.

CARTOGRAFIA NUMERICA La cartografia numerica fornisce le informazioni qualitative e metriche proprie di una cartografia sotto due aspetti: • in forma di dati numerici (coordinate che descrivono la geometria degli oggetti

cartografati e codifiche che ne indicano la tipologia) memorizzati su un supporto magnetico

• in forma di visualizzazione su video – grafico o su supporto cartaceo simile nell’aspetto alla cartografia tradizionale

La cartografia numerica costituisce pertanto un’immagine speculare della cartografia tradizionale, in quanto quest’ultima è un prodotto cartografico in forma di disegno che contiene in forma implicita gli stessi dati sotto forma di coordinate; mentre la cartografia numerica è costituita da un archivio di coordinate che contiene in forma implicita la sua visualizzazione sotto forma di disegno. La visualizzazione costituisce quindi parte integrante della cartografia numerica, così come parte integrante di una cartografia tradizionale sono la cornice, i riferimenti cartografici e la parametratura che consentono di ricavare le coordinate di ogni punto rappresentato. La cartografia numerica consente di trasformare il dato cartografico in informazione non solo in funzione di processi logici di un operatore umano che ne utilizzi una delle sue possibili visualizzazioni, ma anche in funzione di elaborazioni basate su logiche programmabili su di un computer come ad esempio il calcolo della superficie edificata, il calcolo della volumetria, il calcolo dei parametri urbanistici o la possibilità di incrociare il dato cartografico con altri archivi (anagrafe, censimento ecc.) per la produzione di carte tematiche, o integrarlo con altri dati come ad esempio le reti tecnologiche.

Cartografia tradizionale e cartografia numerica

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La cartografia numerica sostituisce la cartografia tradizionale e quindi, nonostante la diversità di aspetto formale, ne deve mantenere i requisiti principali, deve possedere almeno tutti i contenuti, e deve assolvere almeno alle stesse funzioni di base. La cartografia numerica conferisce una totale univocità al contenuto metrico della cartografia poiché elimina sia gli elementi di soggettività che affliggono le operazioni di misura mediante le quali nella cartografia tradizionale si passa dal disegno alle coordinate, sia le conseguenze della deformabilità e deteriorabilità dei supporti cartacei; l’univocità è totale anche dal punto di vista qualitativo, essendo l’interpretazione del disegno sostituita dalla lettura della codifica. La cartografia numerica consente di estendere la tipologia della cartografia, affiancando alla cartografia solo planimetrica e a quella plano – altimetrica con punti quotati e curve di livello, altre tipologie di cartografia in funzione di un incremento dell'informazione altimetrica, poiché ad ogni punto della carta possono essere associate oltre alle coordinate planimetriche anche quella altimetrica. La cartografia numerica consente di utilizzare la geometria e la posizione topografica degli oggetti cartografati e la codifica ad essi associata come attributi in base ai quali effettuare operazioni automatiche di classificazione, di selezione, di calcoli statistici, ecc.. La cartografia numerica è la base di lavoro dei Sistemi Informativi Territoriali per i quali sia significativa la collocazione spaziale degli oggetti. La cartografia numerica considerata come prodotto finito, deve essere paragonabile a quello che, nella cartografia tradizionale, rappresenta il fotoinciso finale. L’utente potrà poi, se vorrà, manipolare, modificare o ristrutturare la cartografia numerica che gli è stata consegnata per adattarla al tipo di gestione proprio del Sistema Informativo Territoriale di cui costituisce il riferimento spaziale. In cartografia numerica viene utilizzata la seguente terminologia: • oggetto: è qualunque elemento naturale o artificiale del terreno che non sia

ulteriormente divisibile (es.: lago, casa, muro, ecc...); • elemento geometrico: è costituito da una spezzata alla quale viene

associata una codifica; • entità: è un oggetto complesso, formato da uno o più elementi geometrici. Le

entità possono essere definite da aree chiuse, linee aperte o punti; • codifica: è un codice associato ad una entità o ad un elemento

geometrico che serve per interpretare l’oggetto descritto. Tipologia della cartografia numerica Per quanto riguarda la tipologia della cartografia numerica è fondamentale che essa non sia correlata al metodo di produzione che porterebbe a classificarla come cartografia numerica digitalizzata e cartografia numerica diretta. Un’impostazione corretta prevede una casistica articolata in questo modo: • cartografia solo planimetrica, vengono descritti solo gli elementi che

caratterizzano la planimetria attraverso le due coordinate (Est, Nord) e la relativa codifica;

• cartografia plano-altimetrica, è del tutto analoga alla cartografia tradizionale; anche in questo caso la planimetria viene descritta disgiuntamente dall'altimetria; la prima attraverso due coordinate (Est, Nord), la seconda attraverso tre coordinate (Est, Nord, Quota)

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• cartografia tridimensionale, ciascun punto viene descritto dalle tre coordinate (Est, Nord, Quota); continua ad esistere anche l'altimetria classica costituita da curve di livello e punti quotati.

La tecnologia informatica oggi è in grado di offrire soluzioni molto efficienti al problema della rappresentazione tridimensionale degli oggetti in molti settori dell'ingegneria: si pensi ad esempio alle possibilità offerte alla progettazione meccanica dove i diversi particolari possono essere facilmente rappresentati, sezionati, visti da punti prospettici diversi. Le stesse tecnologie si possono applicare oggi anche alla rappresentazione del territorio. La cartografia tradizionale ha sempre dato una rappresentazione del territorio corrispondente alla visione che un osservatore ha dall'alto degli oggetti. Oggi questo non è più sufficiente. In Fig. 1 è illustrata quella che è la rappresentazione cartografica di due edifici affiancati; la quota del punto A (in cartografia) è quella corrispondente al "piede" cioè al punto di distacco dal suolo. In questo modo si trascura completamente l'informazione relativa all'estensione in altezza delle entità (punto B e punto C) e viene meno quindi la possibilità di rappresentazione tridimensionale degli oggetti, oggi possibile con gli attuali mezzi informatici.

Fig. 1 quota di un punto di un'entità

La cartografia numerica tridimensionale deve superare questi limiti e diventare "object oriented". Una cartografia "object oriented" non vedrà più entità alle quali, di volta in volta, associare degli attributi diversi (ad esempio la quota), ma entità autoconsistenti da un punto di vista geometrico che hanno insiti nella loro definizione sia gli attributi che tutte le operazioni su di esse eseguibili come il calcolo della superficie per le entità solo areali (es. lago) o del volume per le entità anche volumetriche, che si estendono in altezza, (es. edificio).

Scala nominale Uno degli aspetti più fortemente innovativi, nel contesto della tradizione cartografica, è costituito dal fatto che per la cartografia numerica sembrerebbe superato il concetto di rapporto di scala, poiché il rilievo è memorizzato in coordinate assolute e perciò sempre in scala 1:1. Sembrerebbe pertanto improprio parlare di scala di una carta numerica; tuttavia si ritiene che non si debba abbandonare questo riferimento soprattutto in considerazione del fatto che i dati di cartografia numerica possono essere visualizzati, mediante un plotter o un video grafico, con rimpicciolimenti e ingrandimenti esasperati. Ciò significa che una cartografia numerica realizzata seguendo gli stessi canoni cartografici che porterebbero alla realizzazione di una carta tradizionale alla scala 1:2000, potrebbe essere facilmente visualizzata a scale maggiori, ad

AA

C

B


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esempio 1:1000 o 1:500, e ingenerare nell’utente l’equivoco di possedere una precisione che non le è propria. L’utente invece deve avere chiaro il concetto che una cartografia numerica ha una precisione ben definita, che dipende dalle procedure di costruzione della carta stessa; pertanto pensare di acquisire maggiori informazioni operando su scale di visualizzazione maggiori di quella nominale equivale all’errore che commette l’utente di cartografia tradizionale quando crede di aumentare il contenuto informativo e metrico facendo un semplice ingrandimento fotografico della carta. Si conviene pertanto che il concetto di rapporto di scala debba essere mantenuto anche per la cartografia numerica, intendendo con questo la massima scala alla quale si può “lecitamente” riprodurre una carta numerica mediante un plotter o mediante un video - grafico. Anche per la cartografia numerica il rapporto di scala definisce quindi il grado di precisione metrica e il contenuto qualitativo. Sarebbe tuttavia opportuno utilizzare il termine di “scala nominale”, intendendo con tale espressione il rapporto di scala che avrebbe una carta tradizionale di corrispondente precisione metrica e contenuto qualitativo. Conviene tuttavia prendere atto che la visualizzazione su video - grafico consente, o per meglio dire invoglia, a rappresentare la cartografia numerica a scala maggiore di quella nominale, utilizzando delle semplici funzioni di zoom. Fermo restando che l’ingrandimento deve sempre essere considerato a rischio e pericolo dell’utente, sarebbe tuttavia eccessivo vederlo alla stregua dell’esecrato ingrandimento fotografico della cartografia tradizionale; in questo caso la visualizzazione a scala maggiore va vista come un’ulteriore possibilità offerta dalla cartografia numerica per leggere non di più di quello che essa contiene, ma per leggere meglio.

Discretizzazione delle linee curve Nella cartografia tradizionale lo strumento principale di rappresentazione è la linea, cioè un tratto grafico continuo utilizzato per esempio per disegnare una curva di livello, il perimetro di un edificio, i bordi di una strada ecc.. .Sono tutte linee che nel momento stesso in cui vengono viste, diventano oggetto di una elaborazione mentale automatica ed inconscia ed associate alla corrispondente categoria di oggetti a cui appartengono. In questa operazione di lettura della carta ciò che aiuta di più l’utilizzatore è la forma degli oggetti rappresentati, che viene evidenziata appunto tramite l’elemento grafico linea, la quale, in senso geometrico stretto, è costituita da un numero infinito di punti. I processi mentali dell’utilizzatore estraggono però da questa infinità di dati gli elementi essenziali che sono funzionali al tipo di informazione che vuole acquisire; si può dire che la carta venga discretizzata, cioè ridotta da un numero infinito ad un numero finito di dati, automaticamente dall’utente, in funzione dell’uso che ne deve fare. In cartografia numerica l’operazione di discretizzare, cioè di ridurre gli elementi geometrici curvilinei del terreno ad un numero finito di punti, è sempre necessaria e deve essere fatta non dall’utente ma da che produce la carta. Questa operazione consiste nel rappresentare tutti gli elementi geometrici del terreno mediante le coordinate di un opportuno numero di punti, dove opportuno significa che deve essere il più piccolo possibile, compatibilmente con il livello di dettaglio e il grado di precisione che la cartografia numerica deve avere. In cartografia numerica il concetto di linea curva non esiste più, viene sostituito da quello di “spezzata” o “polyline”. La spezzata rappresenta una linea che nella realtà è curva, essa deve avere un sufficiente numero di vertici, opportunamente scelti in modo che, se si riporta sul terreno il tracciato della spezzata, la distanza

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d tra un suo generico punto R e il corrispondente R’ della linea curva, sia sempre inferiore alla tolleranza planimetrica. In termini generali diremo che il reale andamento di una linea curva viene descritto con dei segmenti i cui punti si ottengono per interpolazione lineare dei vertici di una spezzata. Il sostituire una linea curva con una spezzata, significa che, di fatto, la linea curva non esiste più nella cartografia numerica e che, a tutti gli effetti, essa è sostituita dalla spezzata. Il fatto di sostituire le linee curve con delle spezzate non è una novità in cartografia, se si pensa che lo stesso fatto da sempre avviene, anche se in forma grafica, nella cartografia catastale.

Fig. 1 - Discretizzazione delle linee curve

La riproduzione successiva, su carta o su video, delle linee curve discretizzate potrebbe avvenire con delle tecniche di abbellimento grafico (smoothing) che infittiscono la spezzata originale interpolando una spline. Questo metodo però presenta i seguenti inconvenienti: • non consente una verifica del prodotto, poiché la spline, modificando

l’andamento della curva, potrebbe dar luogo ad incongruenze grafiche o al non rispetto delle tolleranze;

• obbliga l’utente di cartografia numerica a disporre di un software idoneo a generare una spline compatibile con il software di chi ha prodotto la cartografia stessa;

• la cartografia disegnata perde del requisito di univocità perché la spline risulta dall’applicazione di metodi e parametri soggettivi;

• si potrebbero verificare inconvenienti con il software di gestione della cartografia numerica, ad esempio il superamento della dimensione massima prevista per una entità.

Per ovviare a questi inconvenienti, la cartografia numerica deve contenere in forma esplicita tutti i punti necessari a realizzare la sua corretta visualizzazione (sul video o sulla carta) senza prevedere tecniche di infittimento dei punti delle spezzate. In fase di generazione della cartografia numerica con metodo fotogrammetrico esistono tre metodi di acquisizione automatica dei vertici di una spezzata che discretizza una linea curva: • a spazio prefissato: mediante questa procedura l’operatore può prestabilire

a quale intervallo di spazio registrare automaticamente i punti che discretizzano la linea curva. L’intervallo può essere definito secondo la direzione Est, Nord o Q (verticale) a seconda che la linea si sviluppi lungo una direzione preferenziale. In alternativa si può definire lo spostamento planimetrico (Est, Nord) o lo spostamento nello spazio (Est, Nord, Quota)

R

R’


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Fig. 2 - discretizzazione a spazio

• a tempo prefissato: secondo questa modalità viene automaticamente

registrato un punto quando dalla registrazione precedente è trascorso un certo intervallo di tempo, prefissato dall’operatore, purché lo spostamento effettuato nel corso di tale intervallo risulti maggiore di una soglia minima pure definita dall’operatore.I casi in cui tale modalità di registrazione può essere usata sono analoghi a quelli relativi alla registrazione a spazio. Con questa modalità sarà acquisito un maggior numero di punti nelle parti della linea dove l’operatore si muove più lentamente (tratti con raggi di curvatura piccoli) mentre il numero di punti acquisiti diminuirà nei tratti dove l’operatore si muove più rapidamente (tratti prevalentemente rettilinei).

• a spazio e direzione prefissata (a vettore): questa modalità di acquisizione

consente di discretizzare una linea con punti distribuiti in modo disomogeneo: pochi punti per descrivere i tratti rettilinei e molti punti per descrivere i tratti curvilinei con piccoli raggi di curvatura. Secondo questa modalità viene automaticamente registrato un punto tutte le volte che lungo la linea si verifica, tra il segmento già registrato e quello in esame, una variazione di direzione superiore ad un certo valore angolare prefissato e si è percorso contemporaneamente un certo spazio pure prefissato e compreso tra un valore minimo e un valore massimo.Se lo spazio percorso è inferiore al valore prefissato, il punto non sarà registrato anche se la variazione di direzione supera il valore angolare prefissato.Se lo spazio percorso è superiore al valore massimo viene comunque registrato il punto anche se la variazione angolare non raggiunge il valore prefissato.

Fig. 3 - discretizzazione a vettore

CONTENUTO PLANIMETRICO DELLA CARTOGRAFIA NUMERICA L’utente della cartografia tradizionale, osservando una carta, individua tutte le entità che sono riportate, nel senso che riconosce, ad esempio, una casa, una strada e altri particolari. Tuttavia il potere di analisi consentito dalla visione diretta della cartografia, gli permette anche di desumere delle altre informazioni come ad esempio riconoscere come “nodo” stradale lo spazio bianco che si osserva nell’incrocio di due o più strade. È il potere di aggregazione logica che deriva dalla consuetudine alla lettura della carta che permette all’osservatore di distinguere entità che in realtà sulla carta non sono rappresentate, ma che costituiscono la concretizzazione di concetti. In cartografia numerica questa componente, dovuta alla semplice osservazione dell’utente, non è più possibile. È necessario che tutte le entità che in cartografia

•

• •α

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tradizionale sono riconoscibili o deducibili dall’utente, vengano invece definite come entità realmente esistenti e che sia associata ad esse anche una codifica. Per esempio, nella memorizzazione di una realtà urbana, non sarà sufficiente definire semplicemente i perimetri delle case o di quelle strutture superficiali che definiscono un isolato, ma per una corretta gestione della cartografia occorrerà che le strade e gli incroci, rappresentati nella cartografia tradizionale da spazi bianchi, siano opportunamente perimetrate memorizzate e codificate come “tronchi” e “nodi”, dove una sede stradale è un tronco quando è definito dall’affaccio di più edifici, oppure un nodo quando è definito da più strade che si intersecano tra di loro. In pratica occorre che tutte le superfici rappresentate nella cartografia numerica siano sempre definite tramite una codifica di tipologia.

Fig. 4 - esempio di cartografia tradizionale

Così come un utente di cartografia tradizionale se, con un procedimento casuale, individua con la punta di una matita un punto della carta, non corrispondente ad alcun segno grafico, valutando la rappresentazione dei particolari che stanno nell’intorno del punto, riesce a stabilire che esso appartiene ad esempio ad un’area a seminativo, o ad un bosco, oppure che questo punto è interno ad un edificio, così pure l’utente della corrispondente cartografia numerica, considerando lo stesso punto, deve poter ricavare come informazione diretta, e non come risultato di una elaborazione, il dato di appartenenza di questo punto ad una superficie codificata come seminativo o bosco o ancora come edificio. La cartografia tradizionale si può pensare come ottenuta dal riporto di segni grafici di tipo puntuale, lineare ed areale su uno sfondo bianco mentre per la


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cartografia numerica non può esistere uno sfondo, una superficie non codificata. Le entità puntuali e lineari potranno essere interne a entità superficiali o coincidere con i vertici o con il perimetro di esse, ma non potranno appartenere o intersecare uno sfondo non codificato. Per meglio chiarire il concetto si può dire che in cartografia numerica la somma delle entità di tipo superficiale deve coincidere con l’area della superficie cartografata. Non devono esistere entità superficiali non codificate. Il contenuto planimetrico della cartografia numerica può essere integrato da suddivisioni del territorio in superfici omogenee e pensando soprattutto al suo utilizzo nell’ambito di un SIT è utile effettuare questa suddivisione di aree nelle seguenti categorie:

• ISOLATI: in questa categoria rientrano tutte quelle superfici delimitate da una

spezzata chiusa costituita da lati di edifici prospicienti spazi pubblici, muri di recinzione, cancellate, strade, marciapiedi, piazze, aiuole, ecc...Il perimetro di un isolato risulta pertanto generalmente definito da una spezzata chiusa che rappresenta la linea di distacco di strutture artificiali (anche di altezza limitata come ad esempio quella di un gradino) rispetto al piano di calpestio di uno spazio pubblico;

• SERVIZI: in questa categoria sono comprese quelle zone omogenee, quanto a destinazione d’uso, che sono occupate da impianti stabili come stazioni ferroviarie, scali ferroviari, impianti di depurazione, aeroporti, stazioni di autolinee, centrali elettriche, stazioni di trasformazione dell’energia elettrica, mercati generali, ospedali, cimiteri, ipermercati, stazioni di servizio, autogrill, aree di parcheggio lungo le autostrade;

• AREE VERDI: in questa categoria sono comprese quelle zone omogenee, quanto a destinazione d’uso, che sono occupate da impianti stabili come parchi, aree attrezzate per attività sportive (campi sportivi, piscine, campi da golf, ecc.), campeggi, giardini zoologici, giardini e orti botanici;

• SPAZI APERTI: a questa categoria appartengono aree destinate ad uso agricolo, aree incolte, cave, discariche, aree periferiche senza destinazione d’uso, zone di esondazione;

• SPECCHI D’ACQUA: in questa categoria sono comprese le superfici coperte da acque, suddivise nelle seguenti tipologie, canali naturali e artificiali, fiumi, porti, lanche, darsene, bacini di invaso;

• TRONCHI: il tronco è un tratto di strada delimitato longitudinalmente da tratti appartenenti alle categorie precedenti e trasversalmente da due tratti virtuali.

Fig. 5 - esempio di tronco

• NODI: per nodo si intende la superficie relativa ad una piazza, ad un largo, ad un’area ad essi assimilabile; rientrano in questa categoria lle aree che costituiscono l’incrocio di due o più vie. Un nodo deve essere memorizzato con una spezzata chiusa, i cui lati possono essere o reali (parte del perimetro delle superfici descritte prima) o virtuali (linee di separazione con altri nodi o tronchi contigui).

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Fig. 6 - esempio di nodo

CONTENUTO ALTIMETRICO DELLA CARTOGRAFIA NUMERICA Un elemento fortemente caratterizzante della cartografia numerica è la possibilità che offre di superare la divisione fra il dato planimetrico e il dato altimetrico. Infatti utilizzando una carta tradizionale si possono ricavare con operazioni di misura relative alla parametratura le coordinate planimetriche di tutti i punti della carta; per ricavare invece la quota di un generico punto è necessario ricorrere a procedimenti di interpolazione che forniscono il dato quota in funzione delle informazioni altimetriche rappresentate dai punti quotati e dalle curve di livello (vedi Fig. 7).

Fig. 7 – altimetria in una carta tradizionale


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Nella cartografia numerica possiamo invece distinguere l'informazione altimetrica nelle seguenti categorie: • punti quotati; • curve di livello; • quota dei punti che descrivono la planimetria di una entità; • quota della unità volumetriche alla linea di gronda; Le prime due categorie sono del tutto analoghe a quelle della cartografia tradizionale e quindi le regole di tracciamento delle curve di livello e di posizionamento dei punti quotati rientrano nei canoni della cartografia classica. Le altre due categorie sono invece peculiari della cartografia numerica.

Quota dei punti che descrivono la planimetria Tutti i punti che definiscono la cartografia numerica sono memorizzati con una quadrupletta di numeri e cioè un codice e le tre coordinate (Codice, Est, Nord, Quota). Sia che il particolare planimetrico abbia o meno un’estensione in altezza, la quota dei punti che lo descrivono nella cartografia numerica deve essere quella del terreno. Ad esempio i punti che descrivono la planimetria di una struttura artificiale (perimetro di un edificio, muro, ecc..) che si estende al disopra del terreno, deve avere la quota al piede, cioè quella che corrisponde all’intersezione della struttura con il piano di calpestio ad essa adiacente. Questa regola ammette alcune eccezioni. Ad esempio un traliccio o un palo della luce dovrà essere quotato “al piede”, mentre l’entità cartografica che rappresenta la linea elettrica dovrà essere quotata alla quota propria della linea elettrica stessa.

Fig. 8 – quotatura per la cartografia numerica

I punti caratteristici delle entità della figura avranno le seguenti quote:

Punto quota

1 QA 2 QB 3 QB 4 QB 5 QC 6 QC 7 QC 8 QC 9 QC

10 QD

1

2 3 4

5Q

Q

Q

6 7

6 7

9 8

1

Q

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Quota in gronda delle unità volumetriche Ad ogni unità volumetrica deve essere attribuita la quota della linea di gronda. Tale informazione può essere costituita da un’entità puntuale avente coordinate planimetriche interne al perimetro dell’unità volumetrica e quota uguale alla quota della linea di gronda. Per unità volumetrica di un edificio si intende ogni parte dell’edificio omogenea dal punto di vista della quota in gronda.

Fig. 9 – quota in gronda

SISTEMA DI CODIFICA La realizzazione di cartografia tradizionale fotogrammetrica a grande e media scala avviene sulla scorta di capitolati che fanno quasi sempre riferimento al testo "La formazione delle cartografie generali a grande scala (1:2.000, 1:1.000), guida alle scelte tecniche ed economiche" a suo tempo predisposto dalla Commissione Geodetica Italiana per dare precise prescrizioni tecniche per la realizzazione di cartografia alle scale 1:1.000 e 1:2.000. Molti capitolati che gli Enti territoriali hanno fatto predisporre ad hoc per la realizzazione della loro cartografia tradizionale a grande scala, si basano sostanzialmente sulle norme consigliate dalla Commissione Geodetica Italiana. Anche se questi capitolati differiscono in qualche misura per quello che riguarda le precisioni o le prescrizioni tecniche con cui devono essere eseguite le varie fasi dei lavori, mutuano però in maniera completa ogni riferimento alla Commissione Geodetica per quello che deve essere il contenuto qualitativo della cartografia e il suo modo di rappresentazione. Nel testo citato, dopo i capitoli relativi alle norme tecniche di realizzazione delle carte, esiste un capitolo, che rappresenta più della metà dell'intero volume, dove è riportato un lungo elenco di ciò che deve essere rappresentato nella cartografia e dove vengono indicate le norme di disegno secondo le quali questi contenuti devono essere rappresentati. L'esistenza di queste norme e il fatto che ad esse si sia fatto riferimento anche per lavori di cartografia realizzati di volta in volta secondo capitolati personalizzati, ha garantito un elevato standard di contenuto e di rappresentazione così da conferire alla cartografia tradizionale leggibilità, polivalenza e trasportabilità.

178,5 m

178,5 m

164,5 m

164,5 m

171,2 m

160,2 m

171,2 m

la quota di tutti i vertici del perimetro sarà di 160,2 m

centroide


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Nella cartografia numerica vi è un aspetto corrispondente a quello che, nella cartografia tradizionale, riguarda la definizione dei contenuti della carta e dei relativi criteri di disegno: è il problema della codifica, che consiste nell'associare all’entità geometrica un codice numerico o alfanumerico che la renda riconoscibile nel contesto generale della cartografia numerica realizzata. La cartografia numerica deve consentire due tipi di elaborazioni: • di tipo tradizionale su elaborati grafici, ottenuti come tracciamento automatico

della cartografia numerica stessa; • basate su logiche programmate (SIT). Queste ultime elaborazioni si possono

realizzare solo se le entità sono riconoscibili grazie ad una codifica ad esse associata.

E’ pertanto necessario che nei capitolati di cartografia numerica siano specificati, così come lo erano nel capitolati di cartografia tradizionale, i contenuti della cartografia stessa e i codici con cui questi contenuti devono essere distinti. Nel passato non si pensava alla cartografia numerica come documento polivalente ed utilizzabile da utenti diversi così come era ormai un fatto acquisito per la cartografia classica. Questo punto di vista, peraltro errato in una prospettiva di economia di impiego delle risorse e del denaro pubblico, ha fatto si che il problema della codifica sia sempre stato visto in modo personalistico; il sistema di codifica cioè non è stato considerato come un elemento che dovesse rendere la cartografia intelligibile ad un'utenza diversificata, ma semplicemente come elemento funzionale al sistema informativo o comunque ai mezzi elaborativi del committente che di volta in volta ordinava la cartografia numerica. Il considerare la cartografia numerica fruibile essenzialmente dall'utenza che l'ha commissionata ha fatto si che il problema della codifica sia stato di volta in volta affrontato secondo criteri non standard. La lettura della cartografia numerica, attraverso la codifica, ha avuto sia soluzioni di estremo dettaglio, come ad esempio per la cartografia numerica in scala 1:5.000 commissionato dalle Ferrovie dello Stato, nella quale sono stati necessari oltre 2.500 codici, per differenziare opportunamente tutti i diversi tipi di entità memorizzate, sia soluzioni con codifiche molto ridotte per cui la possibilità di selezionare le tipologie degli oggetti rappresentati è risultata estremamente scarsa. Con il diffondersi della cartografia numerica come prodotto alternativo o sostitutivo della cartografia tradizionale, occorre invece dare una regolamentazione e una standardizzazione al problema delle codifiche.

Possibili articolazioni dei codici Il principio fondamentale su cui si basa un sistema di codifica per dati di natura territoriale, consiste nel definire e codificare un certo numero di attributi elementari; il risultato della sequenza di questi singoli attributi forma un codice di lunghezza variabile che è il codice descrittivo associato all'entità. Nella predisposizione del sistema di codifica, da utilizzare per la produzione di cartografia numerica, sono vincolanti le caratteristiche tecniche dei restitutori fotogrammetrici. All'atto della restituzione è possibile associare ad ogni punto un codice descrittivo di lunghezza fissa; questo codice è generalmente di 8 caratteri di tipo numerico. Dovendo rispettare il vincolo della lunghezza fissa del codice, 8 cifre, per avere un sistema di codifica flessibile è opportuno adottare codifiche basate su articolazioni ad albero che consentono di inserire eventuali ampliamenti di contenuti senza per questo stravolgere la struttura dell'intero sistema di codifica. Per realizzare un sistema di codifica di questo tipo si individuano delle grandi categorie (es.: idrografia, orografia, ecc.) e si associa ad esse un codice

Capitolo 1

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numerico. Questo codice numerico va ad occupare un primo campo del codice totale, a lunghezza fissa, che deve essere associato a ciascuna entità. Nell'ambito delle grandi categorie si individuano poi delle sottocategorie; ad esempio per l'idrografia si distinguono i fiumi, i torrenti, ecc.; ai quali si associa un codice numerico che va ad occupare il secondo campo del codice totale associato a ciascuna entità.

Fig. 10 – flessibilità della codifica ad albero

Nell'ambito delle sottocategorie si operano altre distinzioni associando ad esse altri codici numerici che vanno ad occupare un terzo campo del codice totale. E cosi via, scendendo nel dettaglio descrittivo, fino ad attribuire un opportuno codice a tutti i contenuti qualitativi previsti.

Fig. 11 – schema di codifica ad albero

I criteri fondamentali da seguire per definire una codifica per la cartografia numerica sono i seguenti: • le entità cartografiche fondamentali da codificare sono quelle definite nel testo

"La formazione delle cartografie generali a grande scala (1:2.000, 1:1.000), guida alle scelte tecniche cd economiche" redatto dalla Commissione Geodetica Italiana (per cartografia tradizionale) integrate da altre categorie, quali tronchi e nodi stradali, perimetri di superfici asservite a infrastrutture, ecc.

• bisogna associare a ciascuna entità un codice di 8 cifre, la cui articolazione gerarchica segue la strutturazione per categorie già impostata nel testo della Commissione Geodetica.

Con riferimento al testo citato i contenuti della cartografia sono suddivisi nelle seguenti grandi categorie associando un codice numerico di 2 cifre:

01

01 02

03

04

01

02

03

01

02

03

04

02

nn nn nn nn

grandi categorie

sottocategorie sottocategorie

sottocategorie


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• Comunicazioni ferroviarie (01) • Viabilità (02) • Edifici e costruzioni (03) • Idrografia (04) • Vegetazione (05) • Orografia (06) • Limiti amministrativi (07) • Punti dei quali è stata rilevata direttamente la posizione planimetrica o la

quota (08)

Si può già a questo punto notare la flessibilità del sistema. Infatti, per particolari necessità, si possono codificare altre grandi categorie non previste, perché aver riservato due cifre consente ovviamente di espanderne il numero fino a 99. Nell'ambito di ciascuna grande categoria, si può scendere nel dettaglio e per ogni entità del territorio per cui la Commissione Geodetica ha previsto una particolare specifica di disegno, è possibile prevedere un apposito codice che si struttura ad albero. Ad esempio nella categoria Comunicazioni Ferroviarie, contraddistinta dall'avere le cifre 01 come prime due cifre del codice, si sono individuate delle sottocategorie che sono: • le ferrovie ordinarie • le tramvie • le ferrovie particolari • gli edifici e manufatti a servizio del traffico ferroviario A ciascuna di queste sottocategorie è stato attribuito un codice numerico di due cifre che si accodano alle prime due cifre del codice totale. ferrovie ordinarie [01] scartamento ordinario[01] trazione autonoma [01] trazione elettrica [02] scartamento ridotto [02] trazione autonoma [01] trazione elettrica 02] tramvie [02] urbane ed extraurbane [01] metropolitane [02] ferrovie particolari [03] in costruzione [01] in abbandono [02] di servizio [03] funicolari [04] ferrovie [01] cremagliere [05] edifici ferroviari [04] fabbricato viaggiatori [01] di stazione [01] ai binari [02] stazioni sotterranee [02] fermate [03] caselli [04] scali merci [05] gallerie [06] ponti [07] in c.a. [01] in ferro [02] viadotti [08] in c.a. [01] in ferro [02] manufatti sovrastanti [09] passaggi a livello [10]

Capitolo 1

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Nell'ambito di queste sottocategorie sono stati presi in considerazione gruppi cui possono afferire vari oggetti singoli. Ad esempio nella sottocategoria ferrovie ordinarie della categoria Comunicazioni ferroviarie sono stati distinti due ulteriori gruppi: • a trazione elettrica • a trazione autonoma

e ancora, in questi gruppi, è stata eseguita l'ulteriore distinzione fra binari a scartamento ordinario e binari a scartamento ridotto. Anche alle sottocategorie sono stati associati codici numerici di due cifre che occupano rispettivamente le cifre 3-4, 5-6 e 7-8 del codice totale. Si può osservare che questo tipo di codifica offre il vantaggio di consentire l'individuazione selettiva, nel contesto dell'intera cartografia, di tutte le entità che afferiscono ai raggruppamenti di vario ordine e grado. Considerando cioè soltanto le prime due cifre del codice delle entità, è possibile individuare, nell'ambito di tutta la cartografia numerica, tutto ciò che attiene alle Comunicazioni ferroviarie. Se invece si estende l'analisi alle successive due cifre del codice, è possibile separare tutte le entità che riguardano le ferrovie ordinarie da quelle che riguardano i manufatti al servizio del traffico ferroviario, o ancora da quelle che riguardano le tramvie, e così via. E’ cioè possibile selezionare per gruppi più o meno ampi le entità che afferiscono ad una certa tipologia. Altri esempi di codifica ad albero relativa alle altre grandi categorie caratteristiche della cartografia in scala 1:1.000 e 1:2.000 sono le seguenti: principale [01] autostrade [01] superstrade [02] strade ordinarie [03] secondaria [02] con fondo naturale [01] carrarecce [02] mulattiere [03] sentieri [04] sentieri difficili [05] tratturi [06] in costr. o disuso[03] in costruzione [01] in disuso [02] viabilità [02] urbane [04] marciapiedi [01] aiuole [02] viali alberati [03] tronchi [04] nodi [05] particolari stradali [05] stazione di rifornimento [01] segnali chilometrici [02] cippi [03] ecc..


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abitazioni [01] abitazione [01] corpi aggettanti [02] edifici [01] sottoportici stradali [02] sottopassaggi [03] culto [02] sociali[03] ospedali [01] scuole [02] tribunali [03] postali [04] telecomunicazioni [05] municipio [06] sede provinciale [07] sede regionale [08] edifici [03] industriali [04] stabilimenti [01] capannoni [02] tettoie [03] lucernari [04] pensiline [05] silos [06] ciminiere [07] pozzi per miniera [08] serre stabili [09] costruzioni speciali [05] cimiteri [01] perimetro [01] edifici cimiteriali [02] lin. vestiz. cimitero [03] monumenti [02] ruderi [03] bastioni [04] aeroporti [05] perimetro [01] edifici aeroportuali [02] piste decollo [03] assi piste [04] idroscali [06] ecc.

La possibilità tecnica di definire e di poter distinguere entità diverse in base al codice sono quindi molto elevate. Spesso si tende a ridurre il numero delle differenziazioni possibili, in quanto l’apposizione di un codice costituisce una parte onerosa nel lavoro di produzione della cartografia numerica. Questa tendenza non deve essere incoraggiata, anzi deve essere fatto salvo il principio che nella cartografia numerica si deve poter distinguere tutto ciò che abitualmente viene distinto nella cartografia tradizionale, anche se questo può comportare un aggravio nel costo di produzione di una carta numerica in confronto a quello di una carta tradizionale a pari scala.

Capitolo 1

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2. Organizzazione dei dati

Tutti i dati che definiscono una cartografia numerica (codici e coordinate) devono essere memorizzati in un file che, per sua natura, sarà costituito da una sequenza di record. Il modo più semplice di pensare all’organizzazione di questi record è quello sequenziale cioè memorizzati uno dopo l’altro, in sequenza.

1° record 2° record 3° record 4° record …… intestazione file cod = CASA coord. cod = CURVALIV coord. cod = PQ coord. ……

Il file conterrà in un primo record (di testa) le informazioni generali come ad esempio il nome del territorio cartografato, la scala, l’ente committente, il produttore e altre informazioni generali, seguiranno altri record contenenti ciascuno le informazioni relative ad una entità da rappresentare in cartografia numerica costituite dal codice e dalle coordinate. In questo modo i record saranno di lunghezza variabile perché dovranno contenere la descrizione di entità costituite da un numero variabile di punti. Il record descrittivo di un punto quotato conterrà un codice (es. PQ) e le coordinate del punto (XP,YP,ZP), mentre il record descrittivo di una curva di livello conterrà un codice (es. CURVALIV) e le coordinate degli n punti che definiscono la curva di livello (X1,Y1,Z, X2,Y2,Z, X3,Y3,Z,………Xn,Yn,Z) Questa organizzazione di dati è la più semplice possibile ma poco idonea per una gestione efficiente di grandi database perché per estrarre un dato che si trova in un determinato record bisogna prima leggere a vuoto tutti i record precedenti. La lettura sequenziale del file è una operazione che penalizza i tempi di elaborazione. Bisogna pensare quindi ad una organizzazione dei dati a lunghezza fissa che permetta la lettura del file ad accesso diretto con un notevole vantaggio nei tempi di ricerca dei dati stessi. Per rendere tecnicamente possibile la lettura del file ad accesso diretto, bisogna che tutti i record abbiano la stessa lunghezza. Il vantaggio della rapidità di accesso al dato viene quindi pagato in termini di spreco di memoria perché tutti i record dovranno essere di pari lunghezza e quindi pari a quello più lungo. Nell’esempio citato il record contenente il punto quotato dovrà avere la stessa lunghezza del record contenente la curva di livello.

n° record n + 1 record PQ XP,YP,ZP CURVALIV X1,Y1,Z, X2,Y2,Z,…………………Xn,Yn,Z

La possibilità di un accesso più rapido fa preferire questo secondo tipo di organizzazione dei dati con qualche miglioria per evitare lo spreco di memoria. L’idea originale di un unico file contenente sia i codici che le coordinate deve essere abbandonata a favore di una nuova organizzazione dei dati che utilizzi due file entrambi con record a lunghezza fissa. Questa nuova organizzazione prevede di separare le coordinate dei vertici dalle altre informazioni che descrivono le entità della cartografia numerica. Il primo file sarà chiamato “file delle descrizioni” e il secondo “file delle coordinate”.

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file originale (record a lunghezza variabile) 1° record 2° record 3° record 4° record …… intestazione file cod = CASA coord. cod = CURVALIV coord. cod = PQ coord. …… file descrizione delle entità (record a lunghezza fissa) 1° record 2° record 3° record 4° record ..... file delle coordinate (record a lunghezza fissa) 1° 2° 3° 4° 5° 6° 7° 8° 9° ..... ...

Ciascun record (a lunghezza fissa) che appartiene al “file di descrizione” delle entità dovrà contenere almeno le seguenti informazioni: • numero progressivo (contatore delle entità) • codifica dell’entità (vedi 8) • numero dei punti che descrivono l'entità (utile per il disegno su video o su

carta) • codice di penna o colore (definisce lo spessore e il colore della linea per il

disegno) • altri elementi che velocizzano la ricerca dell’entità nel file di cartografia

numerica (sono le coordinate del punto in basso a sinistra e in alto a destra del rettangolo che inscrive l’entità; l’uso di queste informazioni sarà descritto dopo)

• puntatore al file delle coordinate (è l’elemento fondamentale di collegamento tra i due file)

n° record n° codice

entità n° punti codice

penna Altri elementi puntatore al file

coordinate

Ciascun record (a lunghezza fissa) del “file delle coordinate” deve contenere le seguenti informazioni:

1. codice di arrivo al punto (se vale –1 significa che è il primo punto che descrive l’entità, se vale + 1 significa che è uno dei vertici che compongono l’entità. Tutti i punti devono essere memorizzati nel file delle coordinate in sequenza a partire dal primo)

2. coordinate del punto (X,Y,Z)

n° record codice X Y Z

I file corrispondenti al nostro esempio sono mostrati nella figura seguente.

+

Organizzazione dei dati

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file di descrizione delle entità file delle coordinate n° codice

entità n° punti

codice penna

altri elementi

puntatore al file delle coordinate

cod. X Y Z

1 CASA 5 3 ............. 1 -1 .. .. .. 2 CURLIV 16 2 ............. 6 1 .. .. .. 3 PQ 1 7 ............. 22 1 .. .. .. 4 1 .. .. .. 5 1 .. .. .. -1 .. .. .. 1 .. .. .. 1 .. .. .. 1 .. .. .. 1 .. .. .. 1 .. .. .. 1 .. .. .. 1 .. .. .. 1 .. .. .. 1 .. .. .. 1 .. .. .. 1 .. .. .. 1 .. .. .. 1 .. .. .. 1 .. .. .. 1 .. .. .. -1 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..

STRUTTURA DEI DATI Le due tipologie di strutturazione dei dati, che possono poi essere tradotte in varie forme di organizzazione interna, sono quella topologica e quella geometrica. In realtà la qualifica di geometrica non è altrettanto semanticamente corretta quanto quella topologica e sarebbe più corretta sostituirla con quella di non topologica. E’ con questo significato che verrà usata in seguito.

Struttura geometrica La struttura geometrica ha le seguenti caratteristiche:

• ogni oggetto è rappresentato da una sola entità • ogni entità è descritta, in genere, da un solo elemento geometrico • gli elementi geometrici non sono condivisi con nessuna altra entità (nei casi di

adiacenza sono duplicati) Nell’esempio di Fig. 12 si nota come la descrizione geometrica dell’oggetto tratteggiato si traduce in due entità, una che corrisponde alla casa A e una che corrisponde alla casa B; le due entità saranno definite da due elementi geometrici costituiti da due spezzate chiuse. La descrizione è quindi autoconsistente. La struttura geometrica è la più naturale traduzione informatica di come una persona interpreta la realtà leggendo una carta; e cioè chi osserva una carta

Capitolo 2

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tradizionale "vede” le due case come in Fig. 12, cioè come superfici delimitate da due spezzate chiuse con gli elementi adiacenti duplicati.

Fig. 12 – esempio di struttura geometrica

La struttura geometrica può presentare qualche difficoltà nella rappresentazione di entità superficiali assimilabili a poligoni complessi, quando cioè l’entità è formata da un perimetro esterno a cui bisogna associare linee di esclusione interne (vedi Fig. seguente).

1 2

34

5 6

7

8

910

11 12

1314

15

16

17

Fig. 13 – esempio di struttura geometrica complessa

L’esempio di Fig. 13 considera un edificio che ha al proprio interno due superfici di esclusione (cortili). L’entità superficiale edificio deve essere rappresentata da un’unica spezzata chiusa formata dal perimetro esterno, collegato al perimetro delle aree di esclusione da un taglio fittizio; tale taglio fittizio si può realizzare mediante due segmenti non visibili nelle normali visualizzazioni della cartografia numerica. Si deve inoltre tenere presente il verso di percorrenza della spezzata pensando che un percorso antiorario fornirà un valore di superficie positivo e un percorso orario fornirà un valore negativo. Tutti i vertici della spezzata si susseguono partendo da un punto (vertice 1) per ritornare sul medesimo punto dopo aver percorso tutto il perimetro (esterno e interno). Le coordinate dei vertici 2 – 3 – 10 – 11 – 1 dovranno essere coincidenti rispettivamente ai vertici 8 – 7 – 16 – 15 e 17. La tecnica del taglio fittizio può essere applicata non solo agli edifici, ma ad ogni altra entità di tipo superficiale che contenga superfici di esclusione al proprio interno come ad esempio uno specchio d’acqua con un’isola. I principali inconvenienti della struttura geometrica sono da ricercarsi nella ridondanza dei dati e quindi nelle possibili incongruenze. Con riferimento alla Fig. 12, il punto 4 del primo elemento geometrico e il punto 1 del secondo devono essere coincidenti; il punto 3 del primo elemento geometrico deve stare sulla retta definita dai punti 1 e 2 del secondo. La descrizione geometrica prevede la duplicazione del tratto adiacente dei due edifici (A e B). Se le coordinate di punti duplicati non sono esattamente uguali,

A

B

A

B 2 oggetti (casa A e casa B) 2 entità

1

2 3

4 1

2 3

4


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nascono delle incongruenze geometriche come la compenetrazione e la mancata adiacenza delle entità.

Fig. 14 – incongruenze geometriche

Struttura topologica La struttura topologica ha le seguenti caratteristiche: non esistono elementi geometrici dello stesso tipo, parzialmente o totalmente sovrapposti ogni entità può essere descritta da più elementi geometrici gli elementi geometrici possono essere condivise da più entità

Fig. 13 – esempio di struttura topologica

La descrizione topologica dell’esempio di Fig. 13 prevede la costruzione di tre elementi geometrici corrispondenti ai tre tratti di perimetro in cui è scomponibile l’insieme dei due edifici (A e B). la geometria della spezzata 2 è condivisa dalle due entità. La struttura topologica ripete, in un certo senso, il disegno tradizionale in quanto un disegnatore non disegna due volte il tratto in comune ai due edifici, ma lo traccia o nel disegnare la casa A o nel disegnare la casa B. Ciò corrisponde a quanto già detto, e cioè che nella struttura topologica non ci sono elementi geometrici totalmente o parzialmente sovrapposti. Con questo tipo di struttura la cartografia numerica è già ottimizzata per il disegno. Questa struttura risolve il problema della ridondanza dei dati e quindi delle possibili incongruenze geometriche. Per realizzare una struttura topologica bisogna suddividere le entità secondo elementi geometrici (archi elementari). Ogni entità può essere descritta da più elementi geometrici:

A

B 2 oggetti (casa A e casa B) 3 entità (1,2,3)

1 2 3

A

B

A

B

A B

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L1

L2

L3

N2

N1

Fig. 14 – esempio di struttura topologica

Una struttura topologica deve prevedere almeno i seguenti files di dati: • file delle entità (oggetti) • file degli archi • file dei nodi • file delle coordinate

Con riferimento alla Fig. 14 i dati potranno essere organizzati nel seguente modo: File entità

Codice n° archi nome archi CASA 2 L1 L2 CASA 2 L2 L3

File archi Nome nodo iniz. nodo fine n° punti intermedi puntatore file coordinate L1 N2 N1 2 1 L2 N1 N2 6 3 L3 N1 N2 3 9 File nodi File coordinate Nome X Y Z X Y Z N1 .. .. .. .. .. .. N2 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..

Quasi tutti i software utilizzati dagli utenti di cartografia numerica sono basati su una struttura topologica dei dati. Normalmente questi software hanno al proprio interno delle funzioni di conversione che trasformano la cartografia fornita con struttura geometrica in un formato interno (formato proprietario) che ha una struttura topologica.


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Come già ricordato, la struttura topologica dei dati è quella maggiormente diffusa ma oggi questo punto fermo della cartografia numerica sembra sia da rimettere in discussione perché la struttura topologica nasce senza tenere conto della terza dimensione. Secondo questa struttura un segmento in comune fra due entità adiacenti non deve essere ripetuto. E' questo il concetto informatore della topologia che, oltre a garantire una memorizzazione dei dati ottimizzata, consente anche un gestione agevole di certe proprietà come la vicinanza, la contiguità delle entità, ecc.. Ma tale visione topologica non è più vera se si prende in esame la tridimensionalità degli oggetti. Infatti possiamo avere delle rappresentazioni cartografiche in cui due linee si sovrappongono in planimetria, ma sono completamente diverse in altimetria (vedi Fig. 15). La descrizione topologica non soddisfa perciò, in maniera efficiente, la visione tridimensionale del territorio.

Fig. 15 – incongruenza della struttura topologica

Gli sviluppi della cartografia numerica nella possibilità di rappresentazione tridimensionale del territorio attualmente sono ancora oggetto di definizione; è ormai consueto non pensare più al territorio in termini di planimetria e altimetria separati, ma in termini di modello solido. Nel passato i software più diffusi, derivati da problematiche non cartografiche, tendevano a disattendere la terza coordinata (quota) o a considerarla solo un attributo mentre negli sviluppi più recenti questa caratteristica non è più trascurata. Se prima il dato tridimensionale, sebbene scarso, era esuberante per quella che era la capacità di trattamento dei software commerciali, ora sta avvenendo un'inversione di tendenza perché si cominciano ad applicare al territorio i concetti di modellizzazione solida.

CONGRUENZE GEOMETRICHE PLANIMETRICHE Le informazioni che si possono ottenere guardando una carta “disegnata” si basano su un processo logico che coinvolge l’utente; l’osservatore,

produzione (formato interno)

utente (struttura topologica)

consegna (struttura geometrica)

traduttore

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automaticamente, cattura il concetto di continuità e di congruenza delle entità rappresentate sulla carta in base a processi mentali, molte volte inconsci, che conducono ad una corretta interpretazione della carta, indipendentemente dagli eventuali errori di graficismo.

Fig. 16 – congruenza geometrica

In figura 16 è rappresentata una casa con annesso cortile recintato da un muro; chi osserva la casa ricava immediatamente l’informazione che il muro di cinta è attaccato alla casa (punto A), e questo anche se il disegnatore, nel lucidare la minuta di restituzione, ha lasciato un piccolo stacco tra l’inizio del muro e il lato della casa (fig. 16-a), oppure ha prolungato leggermente il segmento che rappresenta il muro oltre il segmento che rappresenta il lato della casa (fig. 16.b).

Fig. 16 – a – b incongruenze geometriche

Questo tipo di incongruenze geometriche non provocano alcun danno nella cartografia tradizionale poiché, anche se evidenti, vengono sanati dai processi logici che compie l’osservatore. In cartografia numerica, invece, la perfetta congruenza geometrica è dettata, non tanto da esigenze di precisione metrica, ma dalla necessità di poter elaborare i dati. Ad esempio un algoritmo di calcolo delle aree, applicato ad entità codificate come edifici, non sarà in grado di effettuare il calcolo dell’area di un edificio la cui spezzata non sia chiusa analiticamente cioè con il primo e l'ultimo punto coincidenti. Esistono delle incongruenze geometriche che pregiudicano la possibilità di una corretta gestione della cartografia numerica, mentre altre, sia pur visibili dall'operatore, rappresentano solo un "disturbo" nella lettura della carta. In quest'ultimo caso gli interventi di correzione non sono strettamente necessari, possiamo definirli solo di "abbellimento" della carta. Per questi, normalmente si deve operare in un ambiente grafico che permetta all'operatore di valutare, caso per caso, dove intervenire; questo comporta un notevole dispendio di tempo ed è quindi consigliabile eseguire questi interventi solo quando espressamente richiesti dai capitolati (cosa che comunque avviene abbastanza spesso). La congruenza geometrica planimetrica viene realizzata attraverso il rispetto delle seguenti condizioni minimali.

Fusione dei punti simili La Fig. 17 mostra il caso di un punto che definisce univocamente un vertice appartenente a due entità adiacenti (edificio e cortile), che è stato ripetuto, in

A A

A


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fase di costruzione della carta, con coordinate leggermente diverse. Le cause di questa incongruenza geometrica saranno chiarite meglio quando si parlerà dei metodi di produzione della cartografia numerica.

Fig. 17 - punti ripetuti

Per risolvere questo caso d'incongruenza geometrica, è necessario effettuare un'operazione di "fusione dei punti vicini" che consiste nelle seguenti fasi: • definizione del raggio di un "cerchio di cattura" (normalmente pari a 0,2 mm

moltiplicato per la scala della carta che, per esempio alla scala 1:10.000 è pari a r = 2 m);

• a tutti i punti che ricadono dentro il cerchio di cattura vengono attribuite identiche coordinate planimetriche pari alla media aritmetica delle coordinate originali.

Questa operazione di fusione dei punti simili è la premessa assolutamente necessaria per una corretta costruzione della cartografia numerica e può essere eseguita in modo completamente automatico (batch) che non richiede nessuna perdita di tempo da parte dell'operatore.

Mancata intersezione tra linee:

Fig. 18 - mancanza del nodo d'intersezione

In Fig. 18 è illustrato il caso classico di incrocio di due linee che, se di per se non costituisce un errore commesso in fase di costruzione della cartografia, va comunque risolto per poter poi gestire correttamente le aree definite dalle linee stesse. Le due linee r e s devono generare un nodo intersezione e ciascuna linea si spezza in due, dando luogo così a quattro linee convergenti nel nodo.

Fig. 19 - mancata chiusura

La Fig. 19 rappresenta il caso della mancata chiusura di una linea su di un'altra; va sottolineato che, se anche la linea s terminasse analiticamente sulla linea r, mancherebbe comunque su quest'ultima il nodo corrispondente. Anche in questo caso si dovrà generare il nodo intersezione tra le linee r e s, spezzare la linea r in due ed eventualmente eliminare la parte esuberante della linea s.

s r

r s

r s

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La Fig. 20 illustra il caso di mancata fusione tra i punti estremi delle linee r e s ; anche in questo caso si dovrà generare il nodo intersezione ed eventualmente eliminare le parti esuberanti delle due linee.

Fig. 20 - mancata chiusura

Fig. 21 - mancata tangenza

La Fig. 21 illustra il caso di mancata tangenza. Nella zona ingrandita si vede come il punto q sia stato generato come intersezione della perpendicolare alla linea r condotta da p e successivamente, se la distanza d risulta inferiore all'errore di graficismo, il punto p sarà fatto coincidere con il punto q. Questo punto dovrà anche generare un nodo che spezzerà la linea r in due parti.

Make - up Allineamento Questi interventi, come già ricordato, non sono strettamente necessari al fine di una buona lettura della cartografia numerica, ma apportano solo un contributo di tipo estetico. Le procedure di calcolo che li realizzano richiedono normalmente interventi locali di tipo interattivo sulla rappresentazione grafica del file di cartografia numerica.

Fig. 22 - allineamento

Questa operazione consiste nel riportare su di una retta un certo numero di punti che se ne discostano di una quantità inferiore ad una tolleranza fissata a priori. Nella Fig. 22 sono rappresentati due fabbricati giacenti su di un fronte strada. Queste entità dovrebbero, presumibilmente, essere allineate lungo la direzione data dal marciapiede prospiciente. Nella figura si sono volutamente esagerati gli scostamenti dalla retta ideale al fine di rendere meglio comprensibile il disegno; in realtà l'occhio umano è sensibile a disallineamenti ben più piccoli. L'operazione di allineamento consiste nella definizione della "retta di allineamento" secondo i seguenti criteri: definire due punti inseriti graficamente con il mouse (vedi Fig. 22 punti P1 e P2);

s

r

s

r

q d

p

r

s

r

s

r

s

S

P1 P2 Q1 Q2 Q3 Q4


PAG. 31

calcolare automaticamente la retta che interpola ai minimi quadrati tutti i punti da allineare (vedi Fig. 22 punti Q1 Q2 Q3 Q4); identificare con un punto una retta preesistente (vedi Fig. 22 punto S) rispetto alla quale realizzare l'allineamento desiderato (es. la linea che definisce il marciapiede); Utilizzando uno dei criteri sopra esposti si calcoleranno le nuove coordinate planimetriche dei punti da allineare e, per confronto con le vecchie, anche i vettori spostamento; solo se questi ultimi risulteranno inferiori a un valore di tolleranza (normalmente pari all'errore di graficismo) si procederà all'allineamento.

Parallelismo La necessità di generare linee parallele riguarda entità cartografiche come strade, canali, ecc.., specialmente a piccola scala (1:10.000, 1:5.000) dove la vicinanza tra le due linee rende particolarmente sgradevole le irregolarità di tracciamento (vedi Fig. 23).

Fig. 23 - non parallelismo

Le due linee (r e s) che definiscono l'entità possono aver avuto, in fase di generazione, una densità di campionamento diversa e quindi avere un numero diverso di punti. E' quindi più conveniente eliminare una delle due linee e assumere l'altra come linea di riferimento per la generazione automatica della linea parallela.

Fig. 24- generazione di una linea parallela

La Fig. 24 illustra il criterio di generazione della linea r a partire dalla linea s; le linee tratteggiate rappresentano le bisettrici degli angoli formati da ciascun punto con il punto precedente e con il seguente. La costruzione della nuova linea avviene quindi con un punto di ritardo rispetto alla linea di riferimento. L'operatore dovrà indicare il "calibro" o distanza della linea da generare rispetto a quella di riferimento e l'algoritmo provvederà a calcolare le coordinate dei punti della linea r. E' appena il caso di ricordare che, definito il calibro D dell'entità, la distanza d tra il punto che sta sulla linea di riferimento s e il punto calcolato sulla linea r non è pari al calibro ma varia in funzione della direzione della bisettrice (vedi Fig. 24).

Squadratura Consiste nel rendere retti gli angoli che si approssimano entro una certa tolleranza ai 90° o 270° e nel rendere piatti gli angoli prossimi a 180°. Questa funzione si applica solitamente al contorno dei fabbricati.

r s

s r calibroD

d

r

s

D

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Fig. 25- squadratura di un edificio

In Fig. 25 è raffigurato, con linea più spessa, il contorno di un edificio da squadrare (con gli angoli esageratamente diversi da 90°); con linea più sottile è visibile il risultato finale della squadratura. L'algoritmo di squadratura è ciclico e deve essere applicato a tutti i vertici dell'entità. Ogni volta saranno coinvolti nel calcolo, oltre al vertice in esame, anche il precedente e il seguente facendo attenzione ai casi particolari relativi al primo e all'ultimo punto della polyline che descrive l'entità. Bisogna definire un valore angolare limite α (massimo scarto rispetto a 90°, 180° o 270°) al disotto del quale l'angolo viene rettificato.La scelta di tale valore dipende da vari fattori quali il metodo di produzione della cartografia, la scala della rappresentazione, la tolleranza planimetrica di posizione dei punti, ecc... Un valore ammissibile può essere 5° ÷ 10°. Consideriamo per prima la condizione di allineamento dei tre vertici (angolo prossimo a 180°):

Fig. 26- condizione di allineamento

L'algoritmo esegue il calcolo degli angoli di direzione (21) e (23). La differenza rappresenta l'angolo nel vertice 2: ( ) ( )2321 −=ϑ . Il complemento a 180° ( °−=∆ 180ϑ ) dovrà essere confrontato con il valore angolare limite α. Solo nel caso in cui risultasse ∆ < α si sostituirà il punto 2 con il punto a. Le coordinate del punto a si ottengono dall'intersezione tra la retta definita dai punti 1 e 3 con la retta passante per il punto 2 e perpendicolare alla precedente. Prima di effettuare questa sostituzione di punto, si dovrà sempre verificare che la distanza a2 sia minore di una tolleranza predefinita (normalmente pari all'errore di graficismo). Dopo il controllo degli angoli piatti si passa al controllo degli angoli retti.

Fig. 27- condizione di ortogonalità

θ

1

2

3

a

1

2 3 a b

c θ

r s

t


PAG. 33

Calcolato l'angolo θ come descritto prima, si testa la condizione di possibile squadratura verificando le seguenti condizioni:

αϑ ⟨°−=∆ 90 αϑ ⟨°−=∆ 270 Se una delle due condizioni risulta verificata, si procederà alla squadratura nel seguente modo: al fine di minimizzare gli spostamenti si determinano le coordinate di un punto b mediano del segmento 2-3 e si sposterà sia il punto 2 che il punto 3:

232 XXX b

+= 2

32 YYYb+=

Il punto b rappresenterà il centro di rotazione del segmento 2-3. La nuova posizione del punto 2 (punto a)sarà data dall'intersezione tra la retta t passante per il punto b e ortogonale alla retta r. Analogamente la nuova posizione del punto 3 (punto c) sarà data dall'intersezione della stessa retta t con la parallela ad r passante per il punto 3. Anche in questo caso prima di effettuare queste sostituzioni di punto, si dovrà sempre verificare che le distanza a2 e c3 siano minori di una tolleranza predefinita (normalmente pari all'errore di graficismo).

Continuità Elementi geometrici con caratteristiche di continuità devono essere rappresentati numericamente con la stessa caratteristica; ad esempio (vedi Fig. 28) il vertice n° 30 della primo elemento geometrico, che rappresenta una curva di livello, deve avere coordinate identiche al vertice n° 1 del secondo elemento geometrico; questi "sganciamenti" degli elementi geometrici possono verificarsi in fase di produzione della cartografia numerica. Il ripristino della continuità può essere eseguita con delle procedure di calcolo completamente automatico (batch) che non richiede nessuna perdita di tempo da parte dell'operatore.

Fig. 28 - continuità

CONGRUENZE GEOMETRICHE ALTIMETRICHE La congruenza altimetrica è la condizione più insidiosa e difficile da verificare perché la cartografia (tradizionale o numerica) mostra essenzialmente la planimetria delle entità che rappresenta. L’altimetria sarebbe facilmente visibile attraverso delle sezioni verticali del terreno (rappresentazione abbastanza inusuale). Si dice che la congruenza geometrica altimetrica è rispettata quando è rispettato il seguente criterio: se uno stesso punto fisico del terreno appartiene a due o più entità, esso dovrà avere la stessa quota quando il non verificarsi di questa condizione può falsare gravemente l'informazione qualitativa o metrica deducibile dalla carta. In tutti gli altri casi si ritiene sufficiente che l'intervallo di oscillazione dei valori di quota dello stesso punto, appartenente ad entità diverse, sia pari alla tolleranza altimetrica della cartografia moltiplicata per 2 .

30 1

Capitolo 2

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Ad esempio, in Fig. 29 il punto 1 esiste sia nell'entità che definisce l'edificio A che nell'entità che definisce l'edificio B. Per il rispetto della congruenza geometrica planimetrica si richiede che le coordinate planimetriche del punto 1 siano uguali nelle due entità. Invece la congruenza geometrica altimetrica sarà rispettata quando la quota del punto 1, appartenente all'entità A, differirà dalla quota dello stesso punto, appartenente all'entità B, di meno della tolleranza altimetrica moltiplicata per

2 . Tale criterio dovrà essere applicato a tutti gli elementi geometrici che definiscono entità diverse e che convergono in un unico punto.

Fig. 29 - congruenza altimetrica di punti coincidenti

La Fig. 30 rappresenta un altro caso di congruenza geometrica altimetrica relativa a punti interpolati. In essa si vede una curva di livello che si interrompe in corrispondenza del bordo di una strada

Fig. 30 - congruenza altimetrica di punti interpolati

Il punto A appartenente alla curva di livello avrà la quota Q della curva di livello. Lo stesso punto A, considerato come appartenente al bordo della strada, avrà una quota q interpolata linearmente tra la quota del punto 2 e la quota del punto 4 che definiscono il segmento di bordo della strada. La differenza tra le due quote (Q e q) dovrà essere, in valore assoluto, inferiore alla tolleranza altimetrica moltiplicata per 2 .

CONDIZIONI GEOMETRICHE DA RISPETTARE Nell'elenco delle regole geometriche che una cartografia numerica deve rispettare bisogna includerne anche alcune di tipo più specifico, legate al tipo e alla finalità della cartografia stessa.

Geometria delle entità Le entità devono essere descritte da elementi geometrici con un numero di vertici strettamente necessario. La ridondanza dei dati è da evitare. Un'altra regola fondamentale è che non devono esistere punti sovrapposti, cioè vertici consecutivi dello stesso elemento geometrico aventi coordinate planimetriche identiche che definiscono quindi un segmento di lunghezza nulla. Sono anche da eliminare tutti i segmenti che si sovrappongono totalmente ( vedi Fig. 31 segmento 7 - 8) o anche solo parzialmente, costituiti cioè da due lati consecutivi di una stessa entità aventi identiche coordinate.

A 2

4

A B

1


PAG. 35

Fig. 31 - ridondanza di lati

Non sono accettabili tre o più vertici consecutivi allineati su una medesima retta; la Fig. 32 rappresenta un'entità in cui i punti 5 - 6 - 7 stanno su una retta; il punto 6 risulta ridondante e quindi dovrà essere eliminato;

Fig. 32 - ridondanza di punti

Ogni elemento geometrico può essere costituito da un numero di vertici che non può superare un valore massimo (normalmente. 500); questo vincolo cautelativo è imposto dal software di gestione della cartografia numerica. Per soddisfare questo vincolo, un'entità a sviluppo lineare molto lunga (ad esempio una curva di livello) dovrà essere divisa in più entità di massimo 500 vertici (vedi Fig. 33) in modo tale che venga rispettata la condizione anzidetta.

Fig. 33 - entità lineare divisa

Un'entità superficiale da descrivere con un perimetro che supera il numero massimo di vertici ammesso, deve essere divisa in più entità parziali.

Fig. 34 - entità superficiale divisa

In Fig. 34 è rappresentata un'entità superficiale (lago) con il perimetro descrivibile da un numero di punti superiore al massimo ammissibile (Nmax = 500). La procedura di divisione in due o più entità superficiali è molto semplice ed è la seguente: quando, nella descrizione del perimetro, si raggiunge un numero di vertici pari a Nmax -1 (nell'esempio = 499), automaticamente viene chiusa l'entità sul vertice di partenza e ne viene aperta una nuova con i primi due vertici coincidenti con gli ultimi due dell'entità chiusa. Nella Fig. 34 la chiusura dell'entità e l'apertura della nuova sono state rappresentate con una linea tratteggiata che, per maggior

7

1 23 4

5 6

2 1 499

1

8

1 2

3

4 5

67

Capitolo 2

Pag. 36

comprensione sono state tracciate leggermente sfalsate ma, nella realtà, saranno linee coincidenti ed invisibili. Le entità di tipo superficiale, per le quali è prevedibile la possibilità di calcolo della superficie o di tracciamento di una campitura possono essere di due tipi: • con il perimetro definito da un unico elemento geometrico (per esempio

l'edificio di Fig. 35): in questo caso all'entità viene associata una codifica e sarà possibile applicare, senza problemi, gli algoritmi di calcolo della superficie o di campitura dell'entità.

Fig. 35 - entità superficiale omogenea

• - con il perimetro definito da più elementi geometrici con codifica non omogenea (vedi Fig. 36 A): in questo secondo caso sarà necessario generare una nuova entità di tipo superficiale, descritta da un perimetro che si sovrapponga perfettamente, come numero di vertici e coordinate, agli elementi geometrici delle entità che, implicitamente, la definiscono.

Fig. 36 - entità superficiale non omogenea (A) e generata (B)

In Fig. 36 A è rappresentato un lago il cui perimetro è definito in parte dal paramento della diga, in parte da un'area di servizio ed è completato dalla linea di costa. L'entità lago nella realtà cartografica non esiste. Può essere pensata mentalmente osservando la sua rappresentazione grafica e associando, inconsciamente, parte delle entità prima ricordate. In questo caso un qualunque algoritmo di calcolo di superficie o di campitura non potrebbe funzionare. Per poter gestire in cartografia numerica l'entità "lago" (dell'esempio) bisognerà generarla mediante la duplicazione delle parti di entità che la definiscono (paramento della diga, area di servizio, costa), e l'attribuzione di una codifica specifica (vedi Fig. 36 B). Altri esempi di entità superficiali, molto importanti per la cartografia numerica a grande scala, che devono essere ricostruite con le procedure che abbiamo descritto prima sono i "tronchi" e i "nodi" stradali. Anche queste entità sono automaticamente desumibili da chi osserva la rappresentazione grafica della cartografia: il tronco o il nodo sono costituiti da tutti i lati delle entità che si affacciano sulla strada (edifici, recinzioni, giardini, linee di separazione invisibili ecc.) e quindi con codifiche tra loro disomogenee.

A B


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Fig. 37 - entità superficiale tronco stradale

Per essere gestita come superficie, l'entità tronco o nodo stradale dovrà essere ricostruita come nuova entità con codifica unica che si sovrapponga perfettamente (sia come numero di punti che come coordinate) alle parti di entità che si affacciano sulla strada.

Capitolo 2

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3. METODI DI PRODUZIONE

Esistono i seguenti metodi di produzione della cartografia numerica: • rilievo diretto sul terreno con strumentazione topografica • restituzione fotogrammetrica diretta • digitalizzazione di cartografia esistente

Molti, erroneamente, associano anche una scala di qualità e di precisione che segue l'ordine dei metodi di produzione indicato sopra; ad esempio si considera una carta numerica ottenuta mediante restituzione fotogrammetrica di precisione superiore rispetto ad una carta numerica ricavata per digitalizzazione di una carta tradizionale. Questa conclusione è del tutto arbitraria. La qualità e la precisione di una carta dipendono non tanto dal metodo produttivo ma da molti parametri come ad esempio: • dalla precisione delle reti di appoggio; • dalla qualità del rilievo celerimetrico (rilievo diretto sul terreno); • dalla quota di volo; • dalla triangolazione aerea; • dal metodo di sgrondatura degli edifici; • dalla qualità dell’editing; • dall'accuratezza nell’orientamento del foglio; • dalla precisione nella collimazione dei punti; • ecc.... E’ invece molto più corretta una classificazione della cartografia in funzione della generazione del dato che del metodo produttivo: • definiamo cartografia numerica di prima generazione quella ottenuta dal

rilievo diretto sul terreno, in cui si misurano direttamente i particolari naturali e artificiali da rappresentare;

• cartografia numerica di seconda generazione quella ottenuta con il metodo fotogrammetrico, in cui si misura una rappresentazione analogica del terreno, cioè la sua immagine fotografica;

• cartografia numerica di terza generazione quella ottenuta tramite la digitalizzazione di cartografia tradizionale esistente in cui si misura una rappresentazione analogica del terreno (disegno), che a sua volta è una rappresentazione analogica ricavata da una immagine fotografica.

Questa differenza di grado di generazione non implica necessariamente un'attribuzione di maggior precisione all'uno o all'altro metodo. Un rilievo a terra fatto con metodi tacheometrici può essere meno preciso di una restituzione fotogrammetrica, così come una cartografia numerica ottenuta digitalizzando una carta tradizionale prodotta con un restitutore analitico e correttamente integrata dal lavoro di ricognizione a terra, può essere più precisa di una cartografia ottenuta direttamente in forma numerica, ma non completata da un sufficiente lavoro di ricognizione e di ricostruzione delle congruenze geometriche. Non sono quindi solo criteri di precisione che devono guidare la scelta dell'uno o dell'altro metodo per realizzare una cartografia numerica, ma motivi di opportunità. Si potrà scegliere ad esempio la digitalizzazione se esiste una carta tradizionale idonea ad essere numerizzata. In alcuni casi il ricorso alla digitalizzazione di

Capitolo 3

Pag. 40

cartografia tradizionale è inevitabile, si pensi ad esempio alla cartografia catastale che è disponibile in gran parte solo su supporto cartaceo. La restituzione fotogrammetrica diretta conviene invece quando si deve produrre una nuova cartografia numerica di un territorio e la superficie oggetto del rilievo è sufficiente a rendere tale metodo economico.

RILIEVO DIRETTO SUL TERRENO Questo metodo di rilievo è stato chiamato celerimensura o topografia numerica. La celerimensura è un sistema applicato per il rilevamento di dettaglio dei particolari del terreno; non rappresenta un metodo nuovo ma piuttosto un sistema che coordina fra loro vari procedimenti topografici già noti ma sino ad ora applicati separatamente per definire la posizione planimetrica e altimetrica di ogni punto del terreno. Mentre per la realizzazione delle reti geodetiche di inquadramento i vari vertici vengono considerati prima proiettati sull'ellissoide di riferimento, determinando quindi le loro coordinate ellissoidiche, e successivamente viene presa in esame la loro posizione altimetrica, quando si passa alla rappresentazione del terreno naturale non è più possibile mantenere separate le informazioni planimetriche da quelle altimetriche; la superficie naturale del terreno da rilevare è da considerare come un insieme tridimensionale. La celerimensura venne ideata da Ignazio Porro nella seconda metà del secolo scorso e trovò subito una vastissima applicazione per le sue caratteristiche che permettono l'esecuzione di rilievi in modo rapido ed economico ed è stata utilizzata sia dall'IGM per la formazione di buona parte della cartografia in scala 1:25.000, sia dal Catasto per il rilievo di numerose mappe in zone particolarmente accidentate. La celerimensura trova ancora oggi applicazione per il rilievo di zone di piccole e medie estensioni, con l'utilizzo di teodoliti elettronici o integrati, mentre per il rilievo di zone di grande estensione si utilizza normalmente la fotogrammetria. Il rilievo celerimetrico dovrà essere orientato mediante la definizione di un sistema di riferimento che, a seconda delle esigenze, potrà essere locale o assoluto nazionale. Nel primo caso le coordinate dei punti rilevati saranno semplici coordinate X,Y,Z di una terna cartesiana, nel secondo caso saranno coordinate Gauss - Boaga (Est, Nord) per la planimetria, e quota (Q) per l'altimetria. L'ossatura di un rilievo celerimetrico è rappresentata da una rete di inquadramento che per zone di media estensione è definita da una rete di poligonali principali e secondarie, mentre per piccole estensioni potrà essere sufficiente una sola poligonale chiusa oppure semplicemente due o tre punti di coordinate note. Le stazioni devono essere nel minor numero possibile e scelte in modo tale che risultino ben visibili le stazioni adiacenti e tutti i punti del territorio da rilevare. Il rilievo celerimetrico si svolge secondo le seguenti fasi: • sul territorio da rilevare si deve definire, misurare e calcolare la rete di

inquadramento; • tutti o parte dei vertici della rete di inquadramento diventano vertici di stazione

per il successivo rilievo celerimetrico; • prima di effettuare le operazioni di rilievo vero e proprio è necessario

progettare il rilievo stesso effettuando un sopralluogo della zona con l'aiuto di un eidotipo costituito da una mappa catastale, o da una carta di un precedente rilievo, oppure da uno schizzo eseguito a mano. L'eidotipo deve riportare la zona rilevata da ogni stazione e inoltre si dovranno indicare tutti i punti che verranno rilevati con lo strumento. Tali punti saranno naturalmente quelli caratteristici per la descrizione del territorio; ad esempio per la

Metodi di produzione

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planimetria saranno rilevati gli assi stradali, ferroviari, i confini dei terreni, le sponde dei corsi d'acqua o canali, gli spigoli delle costruzioni ecc.., per l'altimetria la scelta dei punti da rilevare sarà tale per cui si possa considerare costante la pendenza del terreno tra due punti consecutivi.

La strumentazione necessaria per questo tipo di rilievo è costituita da un teodolite elettronico o integrato (total station) per la misura delle direzioni azimutali e zenitali e delle distanze (vedi Fig. 38). In questi strumenti le letture azimutali e zenitali vengono eseguite automaticamente da appositi sensori e sono visualizzate in chiaro su un display. Molte operazioni e molti controlli necessari per l’eliminazione di alcuni errori sistematici vengono eseguite automaticamente da un microprocessore. Alcuni calcoli possono essere eseguiti in tempo reale direttamente dallo strumento in campagna (trasformazione di coordinate, intersezione inversa, ecc..). Il distanziometro ad onde è integrato ed il cannocchiale del teodolite serve anche per inviare e ricevere il segnale elettro magnetico per la misura della distanza. E’ possibile apportare direttamente allo strumento (se necessarie) le correzioni della misura della distanza per le condizioni atmosferiche. La distanza può essere ridotta all’orizzonte o alla superficie di riferimento direttamente dalla total station. Tutti gli strumenti sono dotati di una tastiera alfanumerica per l’impostazione delle funzioni o dei dati. La lettura delle misure eseguite e delle funzioni impostate avviene su un display a cristalli liquidi. I valori normalmente visualizzabili sono: • lettura del cerchio azimutale; • lettura del cerchio zenitale; • distanza obliqua; • distanza ridotta all’orizzonte; • dislivello; Tutte le informazioni provenienti dalla total station possono essere memorizzate in una unità di registrazione che, nella strumentazione meno recente, era costituita da una unità esterna mentre in quella più moderna è costituita da una memoria statica estraibile gestita direttamente dal microprocessore dello strumento (vedi Fig. 39).

Fig. 38 - esempio di total station

Capitolo 3

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L’unità di registrazione, interna o esterna, deve avere la possibilità di interfacciamento con un computer per lo scarico dei dati memorizzati.

Fig. 39 - funzione dell'unità di registrazione

Messa in stazione la total station su ciascun vertice della rete di inquadramento, si procederà all'orientamento del cerchio azimutale secondo una direzione di riferimento nota. La direzione di riferimento è normalmente individuata mediante la collimazione di un punto della rete di appoggio; in questo modo tutto il rilievo risulterà automaticamente inquadrato nel sistema di riferimento dalla rete stessa. Tutti gli strumenti elettronici sono dotati di una funzione che permette di imporre alla direzione di riferimento una lettura azimutale predefinita. Su tutti i punti da rilevare (P) si dovrà posizionare un prisma montato su una palina centimetrata e si dovrà effettuare la collimazione dal punto di stazione (S) misurando le seguenti grandezze (vedi Fig. 40): • direzione azimutale (Stazione Punto) • angolo zenitale ϕ • distanza inclinata di • altezza strumentale hs • altezza del prisma hP

Fig. 40 - schema di una misura celerimetrica

In base a questi cinque dati ((SP), ϕ, di, hs,, hP) si possono determinare le coordinate spaziali (X,Y,Z) del punto P, relative alla stazione S orientata (ossia con lo zero della graduazione posto nella direzione dell'asse delle ordinate del sistema di riferimento del rilievo, con le seguenti semplici relazioni:

Y

X

Z

OS

P

di hP

hS

ϕ

(SP)


PAG. 43

)(SPsinsindx iP ϕ=

)cos(SPsindy iP ϕ= (45)

ϕcosiPSP dhhz +−= Le coordinate assolute del punto P (XP,YP,ZP) si otterranno sommando algebricamente le coordinate della stazione S(XS,YS,ZS) alle coordinate relative di P (xP,yP,zP) calcolate con le (45):

PSP xXX +=

PSP yYY += (46)

PSP zZZ +=

Struttura dei dati Tutti i rilievi celerimetrici eseguiti con strumentazione elettronica (total station) danno luogo nel registratore dei dati (esterno o integrato), ad un file contenente tutti i dati del rilievo organizzati in record che, per semplicità di trattamento, saranno a lunghezza fissa. Attualmente non esiste un formato standard di memorizzazione dei dati. I formati dei dati di seguito proposti trovano oggi una prima importante applicazione nella fase di costruzione della cartografia numerica catastale della Regione Trentino Alto Adige. La Regione ha la delega per la formazione, la conservazione e la gestione del Catasto numerico. La superficie totale è di circa 1.300.000 ha, occupati in massima parte da sistemi montuosi dalla struttura impervia, per cui le aree di rilevante peso economico e di frequenti modificazioni di interesse catastale si riscontrano quasi esclusivamente concentrati nei fondovalle, nelle conche e negli altipiani di una certa importanza. Per l'intera Regione tali aree ammontano a circa 220.000 ha, corrispondenti a circa il 16% dell'intera superficie. Per esse si prevede un rilievo topografico diretto (celerimetrico), in forma numerica, alla scala 1:1000. La Regione ha rilevato, in proprio, una rete geodetica di inquadramento con una densità pari a un vertice ogni 1.000 ha. Le operazioni topografiche previste per la realizzazione dell'opera sono: • poligonali di infittimento che, a partire dai vertici regionali, porteranno la

densità ad 1 vertice stabile ogni 25 ha • poligonali di dettaglio • rilievo di dettaglio (celerimetrico) per circa 220.000 ha

Il capitolato speciale d'appalto prevede l'adozione dei formati standard qui descritti. Tutti i valori alfanumerici che in maniera esaustiva descrivono un rilievo topografico celerimetrico devono essere organizzati nei seguenti record: • Record di testa • Record di stazione • Record misura di rete • Record misura di dettaglio Nel record di testa sono contenute tutte le informazioni generali relative al lavoro; serve a discriminare l'inizio delle registrazioni del lavoro nel supporto elettronico che contiene i dati relativi a diversi rilievi. Questo record permetterà anche la ripresa delle registrazioni al punto giusto dopo ogni interruzione delle operazioni di misura.

Capitolo 3

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La struttura minima del record di testa è la seguente:

Campo n°

Contenuto Lunghezza [bytes]

1 carattere "T" 1 2 nome del lavoro 13 3 data inizio lavoro (ggmmaa) 6 4 nome operatore 10 5 codice o n° di matricola dello strumento di misura 10

Tutti questi dati devono essere editati dall'operatore prima di iniziare il lavoro di rilievo. Nel record di stazione vengono raccolte tutte le informazioni necessarie e sufficienti per una completa descrizione della stazione di misura. La struttura minimale è la seguente:

Campo n°


1 carattere "S" 1 2 nome alfanumerico della stazione 4 3 altezza strumentale (espressa in m x.xxx) 5 4 temperatura (espressa in gradi centigradi ±xx) 3 5 pressione atmosferica (espressa in ettopascal xxxx) 4 6 data della stazione(ggmmaa) 6 7 ora di inizio delle operazioni(hhmm) 4

Normalmente tutti i dati del "record di stazione" devono essere inseriti manualmente mediante la tastiera del registratore o dello strumento. Molti strumenti oggi in commercio permettono la lettura e la registrazione automatica della data e dell'ora. Se si utilizza la total station per il rilievo di dettaglio, non è necessaria la misura dei parametri fisici atmosferici; i campi 4° e 5° previsti nel record di stazione devono essere azzerati. Anche nel caso in cui si vogliano registrare distanze già corrette per temperatura e pressione (operazione possibile nella maggior parte degli strumenti presenti sul mercato), i campi 4° e 5° devono essere azzerati. Nel record di rete si devono memorizzare tutti i dati che si riferiscono alle misure topografiche eseguite per il rilievo di una rete o di una poligonale:

Campo N°


1 carattere " R " 1 2 nome della stazione e del vertice collimato 4+4 3 codice vertice collimato:

il primo carattere è sempre V il secondo carattere è: A = collimazione a vertice avanti I = collimazione a vertice indietro T = collimazione a vertice trigonometrico fisso C = collimazione a caposaldo di livellazione R = collimazione a vertice di rete

2

4 altezza del segnale collimato (in m x.xxx) 5 5 lettura azimutale (in gon xxx.xxxx) 8 6 lettura zenitale (in gon xxx.xxxx) 8 7 distanza inclinata (in m xxxx.xxx) 8


PAG. 45

Le eventuali grandezze non misurate devono essere comunque registrate nel formato previsto del campo, con il valore pari a "0" (campi 4°....7°). La distanza inclinata, di cui al campo 7°, può essere corretta o non corretta dell'effetto della temperatura e della pressione (discriminato dal 5° campo del record di stazione). Il record dove vengono memorizzate le informazioni relative al rilievo di dettaglio è equivalente a quello del punto precedente. La necessità di distinzione tra misura di un vertice di rete e di un vertice di dettaglio sta nel rendere più veloci alcune operazioni di digitazione di dati che, in questo caso, possono essere automatizzate, e nel poter separare, in fase di elaborazione, le misure di rete da quelle di dettaglio. La struttura può essere la seguente:

Campo N°


1 carattere " D " 1 2 nome della stazione e del vertice collimato.

Il nome del vertice di stazione resta costante fintanto che non viene appositamente modificato da tastiera; il nome del vertice di dettaglio può essere generato automaticamente come incremento costante a partire da un dato valore.

4+4

3 codice vertice di dettaglio. Esempio: 1° carattere: indica il collegamento topologico del vertice collimato 1 = vertice collegato con quello precedente 2 = primo vertice di un'entità 3 = vertice isolato 4 = .... 2° carattere: indica il livello tipologico del vertice 0 = vertice certo di delimitazione 1 = vertice incerto di delimitazione 2 = spigolo di fabbricato 3 = vertice di bordo strada rivestita (certo) 4 = vertice di bordo strada (incerto) 5 = vertice di corso d'acqua arginato (certo) 6 = vertice di corso d'acqua libero 7 = spigolo di manufatto stabile 8 = termine 9 = A = Queste codifiche, che descrivono la topologia del rilievo ed il livello logico di appartenenza di ciascun vertice di dettaglio, possono appesantire notevolmente l'operatività in fase di rilievo; favoriscono però le successive operazioni di elaborazione dei dati: la restituzione grafica del rilievo, la fase di editing e di costruzione dell'archivio numerico finale. Queste codifiche sono lasciate libere alle varie esigenze dell'operatore e del software disponibile (i valori riportati in precedenza sono solo a titolo di esempio).

2

4 altezza del segnale collimato (in m x.xxx) Questo valore resta costante fintanto che non sia modificato da tastiera dall'operatore.

5

5 lettura azimutale (in gon xxx.xxxx) 8 6 lettura zenitale (in gon xxx.xxxx) 8 7 distanza inclinata (in m xxxx.xxx) 8

Le eventuali grandezze non misurate devono essere comunque memorizzate nel formato previsto del campo con il valore pari a "0".

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METODO FOTOGRAMMETRICO NUMERICO DIRETTO Per una migliore comprensione o un maggior approfondimento degli argomenti trattati in questo paragrafo bisogna fare riferimento a quanto viene svolto nel corso di Fotogrammetria. La costruzione di una cartografia numerica con metodo fotogrammetrico numerico diretto differisce sostanzialmente dell'equivalente cartografia fotogrammetrica tradizionale in quanto tutti i particolari naturali e artificiali del terreno, desunti dall'osservazione stereoscopica dei fotogrammi aerei, vengono acquisiti direttamente in forma numerica. In altri termini, non esistono fasi intermedie tra le misure eseguite sul modello stereoscopico degli oggetti del terreno da cartografare e il dato numerico che li rappresenta in cartografia. Le fasi classiche del procedimento fotogrammetrico costituite da: • ripresa fotogrammetrica del territorio da cartografare; • misure topografiche per l'istituzione delle reti d’appoggio; • triangolazione aerea dei fotogrammi;

sono del tutto equivalenti alle analoghe fasi necessarie per la produzione della cartografia in forma tradizionale (non numerica). La differenza subentra invece nel momento in cui si attua la fase di restituzione vera e propria. Innanzi tutto devono essere utilizzati strumenti in grado di memorizzare su memorie di massa le coordinate dei punti via via collimati e quindi dei restitutori fotogrammetrici di tipo digitale, analitico oppure analogici dotati di apparati di misura automatici (encoder). Per quanto riguarda il tipo di dato che può essere acquisito in fase di costruzione della cartografia numerica (restituzione) può essere: • cartografia planimetrica, contenente le informazioni relative alla sola

planimetria (X,Y); è una cartografia particolare, in via di estinzione (es. vecchia cartografia catastale);

• cartografia plano - altimetrica nella quale coesistono sia le informazioni relative alla planimetria (X,Y) che quelle relative all'altimetria (Q) ma sono distinte tra loro. Gli elementi planimetrici (es. spigoli di un edificio) saranno descritti dalle coordinate X e Y, gli elementi altimetrici (punti quotati, curve di livello) mediante le coordinate X e Y a cui viene associata la quota Q. È la trasposizione in forma numerica della cartografia di tipo tradizionale;

• cartografia tridimensionale nella quale ogni punto cartografato è definito nelle tre coordinate (X,Y,Q), definito quindi sia planimetricamente che altimetricamente.

La restituzione fotogrammetrica può avvenire nei seguenti modi: • se lo strumento di restituzione è collegato a un tavolo di disegno automatico

(plotter), sarà possibile produrre "in linea" con la restituzione un documento grafico (minuta di restituzione) che corrisponde esattamente alla cartografia numerica memorizzata. Questo metodo è legato alla strumentazione fotogrammetrica più vecchia, ormai quasi del tutto abbandonata;

• se lo strumento di restituzione è collegato a un video grafico, la cartografia numerica prodotta sarà direttamente visualizzata sul video, e questa immagine aiuterà l'operatore nella fase di restituzione. Anche in questo caso, le procedure di restituzione dovranno prevedere la possibilità di produrre al tavolo di disegno automatico un "elaborato grafico" proveniente direttamente dai dati memorizzati che dovrà documentare il lavoro eseguito.


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La vera distinzione tra cartografia numerica e cartografia tradizionale è che l'operatore (restitutista), in fase di costruzione della carta, deve attribuire un codice a tutti gli elementi restituiti. L'operazione di codifica degli elementi può essere definitiva già in fase di restituzione o restare solo parziale per essere poi completata nella fase successiva di editing. Questa scelta di dedicare più tempo al momento della restituzione per codificare tutti gli elementi restituiti o di demandarne il completamento alla successiva fase di editing dipende solo dalla organizzazione interna della ditta esecutrice dei lavori. La restituzione di cartografia numerica dovrà avvenire con criteri diversi rispetto alla cartografia tradizionale. In primo luogo il restitutista dovrà applicare dei criteri logici che in generale, nella produzione di cartografia tradizionale, non sono necessari. Ad esempio mentre per la cartografia tradizionale la restituzione può avvenire passando continuamente da un elemento ad un altro senza porre attenzione alla ricostruzione di entità complete ed omogenee perché si sta eseguendo solo un disegno, nella cartografia numerica si cercherà, anche in fase di restituzione, di procedere per elementi omogenei (ad esempio si restituiranno prima tutti gli edifici poi tutte le strade, ecc.) per diminuire al massimo i tempi di impostazione delle codifiche. In una cartografia numerica tridimensionale occorrerà porre particolare attenzione nell'assegnare la quota corretta a tutti i punti restituiti e precisamente, tutte le strutture artificiali devono essere descritte con la loro "quota al piede" cioè tutti i punti che descrivono l'entità devono possedere la quota del piano di calpestio che è quella del punto di distacco della struttura artificiale dal suolo. (vedi Fig. 41 a). Per meglio comprendere questo concetto diciamo che al contrario nella cartografia tradizionale gli oggetti vengono semplicemente rappresentati da una linea che descrive il loro contorno planimetrico e quindi tutti i vertici che la definiscono possono essere collimati, al momento della restituzione, a una quota arbitraria, per esempio un edificio può essere descritto secondo la linea di gronda e non secondo la linea al piede (vedi Fig. 41 b).

Fig. 41 - oggetto, quota al "piede" e quota in "gronda"

In fase di costruzione di una cartografia numerica (restituzione) molti punti non sono collimabili direttamente al suolo e quindi non è possibile imporre direttamente la "quota al piede", perché, a causa dell'effetto prospettico dei fotogrammi, non sono visibili stereoscopicamente (vedi Fig. 42). All'impossibilità di determinare in fase di restituzione la quota di tali punti (es. punto B della Fig. 42) si può ovviare determinando le quote mancanti in sede di ricognizione della cartografia o, meglio, applicando particolari accorgimenti operativi come ad esempio restituire un punto a livello del suolo prossimo al punto di cui non si vede la quota al piede (punto C della Fig. 42) e successivamente, in fase di editing, attribuire al punto non collimabile stereoscopicamente (punto B) la quota del punto collimato (punto C). Il restitutore analitico, al contrario di quello analogico, può utilizzare dei dispositivi che aiutano l’operatore nella fase di costruzione della cartografia numerica. Uno di questi è il dispositivo di superimposizione.

ba

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In questo caso l’operatore vede sovrapposta nel campo di osservazione oltre all'immagine fotografica stereoscopica del terreno anche la cartografia già restituita e quindi, per differenza, quello che deve ancora essere acquisito. Questa tecnica di super imposizione trova facile applicazione anche nei restitutori digitali in particolare per l'aggiornamento di cartografia numerica già esistente.

Fig. 42 - effetto prospettico dei fotogrammi

Il riferimento è costituito da un file immagine ottenuto dalla scansione dei fotogrammi del volo aggiornato. Su questo file, a video, viene sovrapposto il file vettoriale della cartografia numerica da aggiornare; l'effetto visivo è del tutto simile a quanto riportato in Fig. 43.

Fig. 43 - dispositivo di superimposizione

In funzione del tipo di restitutore digitale si potrà operare nei seguenti modi:

A B C


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• si gestiscono contemporaneamente e in stereoscopia sia l'immagine vettoriale

della cartografia numerica da aggiornare che l'immagine raster dei fotogrammi. Questa tecnica è piuttosto complessa dal punto di vista del software di gestione perché tutte le coordinate cartografiche terreno (XT,YT,ZT) devono essere trasformate, in base ai parametri di presa del nuovo volo, nei due sistemi di coordinate dei fotogrammi di sinistra e di destra (XLS,YLS - XLD,YLD). Ciascuno di questi due sistemi da luogo al file grafico vettoriale che andrà sovraimpresso al file immagine del fotogramma corrispondente.

• l'osservazione stereoscopica del modello del terreno è mantenuta separata dalla visione della cartografia numerica vettoriale. È una tecnica molto più semplice della precedente anche se decisamente meno suggestiva, è meno efficace dal punto di vista operativo in quanto costringe l'operatore a staccare continuamente gli occhi dalla visione stereoscopica del modello per controllare sul video grafico di restituzione se un certo particolare cartografico è cambiato rispetto alla situazione precedente.

Restituzione grafica in linea Tutte le operazioni preparatorie alla restituzione fotogrammetrica quali l'orientamento interno dei fotogrammi, l'orientamento relativo e l'orientamento assoluto del modello stereoscopico del terreno sono oggetto del corso di Fotogrammetria al quale si rimanda per le necessarie informazioni. Le operazioni che descriveremo nel seguito sono comuni a tutti i restitutori analitici e vedremo in particolare alcune funzionalità del DIGICART 40 della Galileo Siscam e alcune caratteristiche del software MACROS PLUS che lo governa. Sia nel corso della procedura di restituzione che in quella di editing, lo schermo apparirà sempre suddiviso in quattro sezioni o "finestre" come indicato in Fig. 44

Fig. 44 - suddivisione del video del DIGICART 40

Nella "zona di restituzione" sarà visualizzato tutto quanto viene man mano restituito oppure, nel caso di un lavoro già eseguito, tutto il contenuto dei file già memorizzati. Durante la fase di costruzione della cartografia numerica (restituzione) il cursore visualizza sullo schermo la posizione che la marca visibile dall'operatore ha sul modello stereoscopico del terreno e ne segue quindi i movimenti (vedi Fig. 44). Sui dati visualizzati in questa finestra sarà anche possibile attivare le funzioni di editing del programma MACROS che saranno descritte in seguito. Il lato orizzontale e verticale della finestra grafica corrispondono agli assi X (OVEST - EST) e Y (SUD - NORD) del sistema di riferimento terreno. Nella "zona di menu" vengono visualizzati i menu delle funzioni disponibili (nella Fig. 45 si riporta come esempio il menu principale); per l'attivazione di tutte le funzioni necessarie alla restituzione e all'editing sono disponibili complessivamente sette menu ciascuno dei quali viene presentato sullo schermo con un differente colore.

Zona messaggi di sistema e input dati da tastiera

Zona dei menu

Zona eventuali sottomenu di ‘esplosione’

Zona di restituzione

Puntatore

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Fig. 45 - menu principale

Nella "zona messaggi" vengono visualizzati sia i messaggi che guidano l'operatore durante il lavoro, sia quanto viene introdotto da tastiera da parte dello stesso operatore. La "zona sottomenu" è destinata alla visualizzazione di eventuali sottomenu relativi alle funzioni prescelte dall'operatore nel menu principale o alla lettura di note esplicative. In fase di restituzione l’operatore potrà scegliere un file grafico già utilizzato, quando si appresta a continuare un lavoro interrotto, o potrà aprirne uno nuovo, all'inizio di un nuovo lavoro, con delle semplici procedure colloquiali. Tutti i file necessari al programma di acquisizione MACROS sono i seguenti:

tipo file nome descrizioni (Dxxxx) FILE INTERMEDI coordinate (Cxxxx) toponomastica (Txxxx) CODESCR.xxx SUBCOD.xxx FILE AUSILIARI VARIAB.xxx IRIDE.xxx PENNE.xxx

Il programma MACROS gestisce in modo corretto i file grafici intermedi chiamati descrizioni, coordinate e toponomastica (D, C, T) solo se non vengono superati i seguenti limiti:

n° massimo di

valore

entità contenute nel file D 20.000 record nel file C 14.000.000 record nel file T 32.768 vertici di una entità 500

Ogni record del file descrizioni (Dxxxx) è formato da 14 campi e il primo record differisce dai seguenti perché contiene solo informazioni generali sull’intero file:

orientamento coppia restituzione grafica triangolazione aerea configurazione uscita

restituzione grafica utility conversioni ritorna al menu precedente

menu principale menu restituzione


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1° record Campo contenuto 1 numero dell’ultimo record introdotto 2 nome del file 3 0 4 n° delle entità presenti 5 0 6 Provenienza 7 EST minima dell’intero file 8 NORD minima dell’intero file 9 EST massima dell’intero file 10 NORD massima dell’intero file 11 puntatore al primo record libero nel file coordinate 12 ultimo codice introdotto 13 1 14 1

2°....n° record campo contenuto 1 intero progressivo 2 codice dell’entità di max 8 caratteri alfanumerici 3 puntatore ad un file associato (non utilizzato) 4 n° dei punti che definiscono l’entità 5 codice penna o disegno (da -99 a 99) 6 provenienza del file (cod. numerico da 1 a 255) 7 EST minima dell’entità 8 NORD minima dell’entità 9 EST massima dell’entità 10 NORD massima dell’entità 11 puntatore al primo record coordinate dell’entità 12 codice di aggregazione 13 totale di aggregazione 14 parziale di aggregazione

Ogni record del file delle coordinate (Cxxxx) è composto da 4 campi; anche in questo caso il primo record contiene delle informazioni generali valide per tutto il file: 1° record campo contenuto 1 0 2 grande traslazione EST (in km) 3 grande traslazione NORD (in km) 4 0

2°.......n° record campo contenuto 1 codice di attivazione:

numero positivo = arriva al punto a penna giù numero negativo = arriva al punto a penna su 0 = punto disattivato

2 coordinata EST 3 coordinata NORD 4 QUOTA

Ogni record del file della toponomastica (Txxxx) è composto da 7 campi; il primo record contiene delle informazioni generali che descrivono l’intero file:

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1° record campo contenuto 1 0 2 0 3 scala di plottaggio 4 n° totale toponimi presenti nel file 5 0 6 0 7 0

2°....n° record campo contenuto 1 coordinata EST dell’origine 2 coordinata NORD dell’origine 3 angolo di rotazione antioraria dall’asse EST 4 provenienza > 0 da disegnare

< 0 cancellato 5 altezza del carattere (in mm/10) 6 larghezza del carattere (in mm/10) 7 testo del toponimo (max 54 caratteri)

Perché il programma MACROS possa svolgere le funzioni che gli sono proprie, devono essere presenti, memorizzati sul disco del sistema, alcuni file ausiliari. Il file CODESCR.xxx contiene la descrizione alfanumerica (comprensibile all'operatore) dei codici da utilizzare nel corso del lavoro di costruzione della cartografia numerica. Questo file deve essere editato a cura dell'utente in funzione dei codici previsti dal capitolato. Ogni record del file è composto da 4 campi contenenti le seguenti variabili:

codice entità (max 8 caratteri)

codice penna 1

codice penna 2

testo che descrive l'entità (max 65 caratteri)

12345678 01 00 edificio 87654321 02 00 autostrada

Il file SUBCOD.xxx contiene la descrizione alfanumerica di ciascun punto costituente l'entità. Il sottocodice potrà essere utilizzato per evidenziare caratteristiche differenti dei punti all'interno di una stessa entità. sottocodice (numero compreso tra 1 e 9999)

testo che descrive l'entità (max 65 caratteri)

1111 terrapieno senza rivestimento 2222 terrapieno con rivestimento

Il file VARIAB.xxx contiene tutti i parametri utilizzati dal programma MACROS al momento della sua attivazione. Tali valori possono essere modificati in qualunque momento dall'operatore.


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campo significato della variabile 1 tolleranza di cattura (espressa in pixel) 2 riattacco planimetrico (espresso in m) 3 riattacco altimetrico (espresso in m) 4 max spostamento nella squadratura e allineamento (in m) 5 max variazione angolare nella squadratura (in gon) 6 passo della spline (in m) 7 scala di disegno dei toponimi e delle quote 8 altezza dei caratteri (in mm) 9 larghezza dei toponimi (in mm) 10 altezza della scritta dei punti quotati (in mm) 11 larghezza della scritta dei punti quotati (in mm) 12 altezza della scritta delle quote in gronda (in mm) 13 larghezza della scritta delle quote in gronda (in mm) 14 distanza della scritta delle quote dei punti quotati 15 codice dei punti quotati (valore di default) 16 codice delle quote in gronda (valore di default) 17 codice delle entità puntuali (valore di default)

Il file IRIDE.xxx contiene la definizione dei colori disponibili per la visualizzazione delle entità. Ogni colore è formato dalla combinazione dei tre colori fondamentali rosso, verde, blu espressi in percentuale con un numero compreso tra 0 e 15. Le varie tonalità di grigio saranno composte da triplette di valori uguali tra loro. Il numero massimo di colori disponibili per la visualizzazione delle entità è di 22. Per esempio:

rosso verde blu rosso 15 0 0 nero 0 0 0 bianco 15 15 15

Il file PENNE.xxx contiene l’attribuzione dei colori alle penne. Le penne disponibili sono 99 ed i colori 22; nel file vi sono quindi 99 record ognuno contenente la penna e il colore assegnato:

penna n° colore n° 1 4 2 7 3 2 4 6 5 9 6 22 7 21 8 15 9 12 . . . . . . . 99

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Prima di iniziare la fase di restituzione bisogna definire anche alcune tolleranze; il programma presenterà sempre i valori di default e l’operatore potrà accettarli o modificarli secondo le esigenze della restituzione. • Tolleranza di fine entità • Tolleranza di chiusura entità • Tolleranza di riattacco planimetrico • Tolleranza di riattacco altimetrico Come già detto in 11, un'entità sarà considerata chiusa, e quindi definente un'area, quando il primo e l'ultimo punto acquisito coincidono cioè hanno identiche coordinate plano-altimetriche. Le tolleranze di fine entità e di chiusura entità stabiliscono appunto i valori delle distanze entro cui il programma può considerare terminate le entità aperte e considerare chiuse le entità formanti area. Tali valori dipendono ovviamente dal tipo di cartografia che si deve costruire e in particolare dalla scala media dei fotogrammi che si utilizzano. Generalmente si adotterà un valore più piccolo per la tolleranza di "fine" delle entità aperte ed un valore più grande per la tolleranza di chiusura delle entità chiuse che formano area. Nel primo caso infatti il valore della tolleranza dovrà essere sempre e sicuramente inferiore al passo di acquisizione automatica dei punti, mentre nel secondo caso si dovrà verificare "l'uguaglianza" delle coordinate di due punti che sono stati ricollimati nell'ambito del modello stereoscopico. Alcuni valori di tolleranza di riferimento sono i seguenti:

scala della carta

scala media deifotogrammi

tolleranza di fine entità

tolleranza di chiusura entità

1:1.000 1:5.000 0,1 ÷ 0,2 m 0,3 ÷ 0,5 m 1:2.000 1:8.000 0,2 ÷ 0,4 m 0,6 ÷ 1,0 m 1:5.000 1:15.000 0,5 ÷ 1 m 1,5 ÷ 2,5 m 1:10.000 1:20.000 1 ÷ 2 m 3,0 ÷ 5,0 m

La tolleranza di riattacco planimetrico rappresenta la massima distanza a cui possono trovarsi gli estremi di due entità (una delle quali già memorizzata e la seconda in corso di restituzione) perché le funzioni che ne consentono il riattacco possano attivarsi. La tolleranza di riattacco altimetrico rappresenta invece la massima differenza di quota tra due punti, con le stesse caratteristiche del caso precedente, perché si attivino le analoghe funzioni per l'altimetria. La tolleranza planimetrica di allineamento (espressa in m) esprime il massimo spostamento ammissibile per un punto in un'operazione di allineamento. La tolleranza planimetrica di squadratura (espressa in m) esprime il massimo spostamento ammissibile per un punto in una operazione di squadratura. La tolleranza angolare di squadratura è il valore massimo di scostamento che un angolo può avere rispetto all'angolo retto. Poiché spesso la restituzione avviene in coordinate Gauss-Boaga, per esprimere la coordinata X o Y di un punto sono necessarie sette cifre intere più due decimali; essendo l'area interessata alla costruzione della cartografia numerica alquanto limitata, rispetto alle dimensioni del fuso di rappresentazione, sarà opportuno depurare le coordinate di quantità fisse (dette "grandi traslazioni") in modo da operare con numeri "piccoli", con poche cifre. Questo migliorerà la precisione dei calcoli e ottimizzerà anche l'occupazione di memoria.


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Per esempio il punto di coordinate Gauss-Boaga: X = 1.658.321 m Y = 4.583.752 m Potrà essere memorizzato come: X = 8.321 m Y = 3.752 m Le grandi traslazioni pari a: TX = 1.650.000 m TY = 4.580.000 m

Dovranno essere memorizzate in opportune variabili del file di restituzione e risommate alle coordinate finali durante l'allestimento dei file di consegna. Terminate le operazione preliminari, consistenti nella lettura dei files ausiliari e nella richiesta e apertura dei file intermedi (D, C, T), prima di iniziare la restituzione bisogna definire la corrispondenza tra le coordinate terreno della marca stereoscopica sul modello e le corrispondenti coordinate "video" del puntatore che la rappresenta. Questo puntatore è di solito rappresentato da una piccola croce o altro simbolo definibile dall’operatore (vedi Fig. 46). La rappresentazione del puntatore richiede preliminarmente la definizione dei rapporti di scala esistenti tra il sistema terreno XT,YT (metri) e il sistema video xv,yv (pixel):

Fig. 46 - punto sul modello e punto sul video

Sul video si dovrà rappresentare l’area terreno definita dai punti XT1,YT1-XT2,YT2 . Con delle semplici relazioni di proporzionalità si definiranno le relazioni analitiche che permetteranno di passare dalle coordinate terreno alle coordinate video e viceversa. La definizione dell’area terreno da visualizzare avverrà di volta in volta tramite i comandi di zoom o di paning o mediante impostazione diretta del valore di scala desiderato. All’inizio del lavoro tale area viene definita utilizzando le coordinate minime e massime dei punti terreno usati per l’orientamento assoluto; in questo modo, all’inizio, sul video è rappresentata tutta l’area da restituire definita dal modello. Le entità che si devono memorizzare nella restituzione grafica in linea sono di tre tipologie diverse: • entità puntuali; • entità lineari; • entità areali.

Analizziamone le principali caratteristiche. Le entità puntuali richiedono la registrazione di un solo punto nel quale sarà inserito il simbolo che rappresenta l'oggetto terreno da cartografare (es. tombino, palo, albero isolato, vertice di rete, ecc.). Un particolare tipo di entità puntuale è costituito da quei simboli che necessitano, oltre che di una rappresentazione grafica, anche di un testo associato.

YT

XT 0,0

xvmax yvmax

yv

xvXT1,YT

XT2,YT

VIDEO

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Appartengono a questa categoria tutti i punti quotati, al suolo o sulle gronde dei fabbricati. Per questi è necessario associare al codice, sempre nel file parametri, ulteriori informazioni: • distanza dx, dy del punto di inizio del • testo dal centro del simbolo (offset) • altezza h dei caratteri del testo • numero di cifre decimali nd Le entità lineari (polylines) possono essere raggruppate in due distinte categorie che si differenzieranno anche per le modalità di restituzione:

• linee spezzate (poligonali costituite da segmenti rettilinei) • linee curve continue

Fig. 47 - entità lineari

Nel primo caso l’operatore collima e registra ogni singolo nodo della spezzata; l’ultimo nodo (7) viene registrato due volte per segnalare la fine dell’entità. Il secondo caso può essere riferito sia a entità a Z costante (curve di livello, delimitazione di specchi d’acqua) sia a Z variabile (sentieri, ruscelli, delimitazione di scarpate ecc..); in ogni caso, poiché in cartografia numerica non esiste il concetto di linea curva, si pone il problema della discretizzazione o campionamento (vedi 1.5). Le entità areali sono legate ad alcune importanti considerazioni di carattere logico oltre che geometrico. Cominciamo innanzitutto col distinguere topologicamente tra aree connesse e aree non connesse:

Fig. 48 - entità areali

L’area A di Fig. 48 è un’area non connessa in quanto i vertici che ne descrivono il contorno non sono condivisi da nessun’altra area; le aree B e C sono invece connesse avendo i vertici 2 e 5 in comune. Sulle modalità di restituzione dell’area A non vi sono incertezze; essa viene restituita come una spezzata, registrando i vertici del contorno. Il punto 7 viene battuto in chiusura e assumerà le stesse coordinate del punto 1 (vedi parametro "tolleranza di chiusura entità" di questo paragrafo). La codifica attribuita alla polyline che racchiude l’area A è comunque un codice di linea e non di area. Esso potrà richiamare le caratteristiche dell’area racchiusa, ma questa parentela non è scontata, come vedremo nell’esempio successivo. Supponiamo che l’area B sia un fabbricato e la C un marciapiede. Se si restituisce il contorno di B come sequenza dei punti 2-3-4-5-2 e quello di C come

452.73

dy

dx h

nd=2

1≡7

2 3

4

5 6

A B

C1

2

3 4

5

6

1

2

3

4

5 6

7

2

1


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sequenza 1-2-5-6 avremo una ridondanza di informazione geometrica in quanto la linea 2-5 verrà restituita due volte. Tale linea inoltre potrebbe non essere, come nell’esempio, un semplice segmento ma essere formata da molti vertici che non è semplice far coincidere perfettamente nel corso delle due acquisizioni. Vero è che in un caso essa avrà codice = fabbricato e nell’altro codice = marciapiede, però tali codifiche sono da considerarsi riferite all’area e non alla linea di contorno e come tali esse saranno attribuite in una fase successiva al di fuori della fase di restituzione. Il restitutista acquisirà quindi la linea 2-3-4-5 con codice grafico “limite di fabbricato”, la linea 5-6-1-2 con codice grafico “limite di marciapiede”. La linea 2-5 verrà acquisita con il codice grafico che le compete nella cartografia tradizionale; nel caso specifico il codice “limite di fabbricato”. Per casi meno evidenti, la polyline che separa due entità areali diverse sarà codificata con il criterio del codice "prevalente" o più importante; nel caso della Fig. 48, la linea 2-5 sarà codificata come "limite di fabbricato", come già detto, perché tale codice è considerato prevalente rispetto al codice "limite di marciapiede". Riassumendo possiamo dire che l’operatore restituisce (e codifica) per linee e non per aree, prestando attenzione solo al tipo di linea che sta tracciando, e non alle aree che essa contribuisce a racchiudere. Volendo attribuire già in fase di restituzione una codifica alle aree, sarà opportuno definire tali codifiche tramite un elemento puntuale chiamato "centroide" che non ha nessuna rilevanza grafica ma vuole solo descrivere, con un codice, la tipologia dell’area. All’interno di ciascuna area verrà memorizzato un centroide che servirà nelle elaborazioni successive ad attribuire il codice all’area in cui esso cade. Possiamo definire questa operazione come battesimo delle aree in linea in contrapposizione alla possibilità di un battesimo fuori linea. Le entità testo (toponimi), non essendo desumibili dall’osservazione del modello, possono essere considerate come elementi di vestizione e come tali essere acquisite in un secondo tempo. Esse saranno comunque definite da un codice che permette di agganciarne le caratteristiche formali e da due punti: il primo costituisce il punto di inizio, il secondo darà l’angolo di inclinazione della stringa. La coordinata Z di questi due punti non è significativa e si può porre=0.

Altre funzioni di restituzione Le funzioni che descriveremo in questo paragrafo riguardano spiccatamente le problematiche della restituzione numerica diretta e richiedono quindi di operare "in linea" con il restitutore. Le principali sono descritte nel seguito.

Parametratura Tramite questa funzione è possibile visualizzare, sovraimpressa alla restituzione, la maglia di parametratura. Tale maglia può essere costituita da piccole croci in corrispondenza dei nodi oppure da linee continue; la Fig. 49 illustra le due possibilità. Il passo della parametratura è abitualmente di 10 cm carta: il passo terreno equivalente si otterrà tenendo conto della scala (per scala = 1:500 sarà ad esempio 50 metri). La parametratura rappresenta semplicemente un livello grafico di riferimento per l’operatore e non dà luogo a registrazione di geometria nel file di restituzione.

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Fig. 49 - parametratura della carta

Fig. 50 – Sezioni e profili

Sezioni e profili Sfruttando la possibilità propria del restitutore analitico di poter collimare sul modello stereoscopico del terreno qualsiasi punto, sarà possibile acquisire, in modo più o meno automatico, delle sezioni trasversali e/o dei profili del terreno.Nella Fig. 50 sono rappresentati nel piano X,Y terreno gli schemi di acquisizione di una serie di sezioni trasversali e di un profilo: Nel caso delle sezioni trasversali, i parametri da fornire saranno: • coordinate del punto P1 di inizio delle sezioni • coordinate del punto P2 di fine delle sezioni • distanza da tra le sezioni (questo parametro determinerà il numero di sezioni

che verranno acquisite lungo l’asse P1-P2) • ampiezza dl delle sezioni Tali parametri potranno essere letti da un file preparato preventivamente oppure introdotti direttamente a video sulla restituzione grafica per mezzo del mouse, oppure ancora da tastiera sotto forma di coordinate. Una volta attivata la procedura, lo strumento si posizionerà automaticamente sul punto PS1 di inizio della prima sezione in attesa del comando di inizio dell’operatore (pressione del pedale o simile). Allo start, per prima cosa vengono acquisite le coordinate XS1,YS1,ZS1 del punto di inizio, dopodiché incomincia la scansione della sezione. Tale scansione può avvenire secondo due modalità: modalità automatica: lo strumento seguirà autonomamente la direzione di ciascuna sezione muovendosi lungo di essa a velocità costante (variabile in qualunque momento); l’operatore dovrà solo provvedere a mantenere la collimazione alla quota del terreno.

P1

P2

Interasse da (distanza fra le

semiampiezza dl P1

P2

P3

P4

P5 P6

PS1

PS2


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modalità manuale: in questo caso il movimento lungo la direzione della sezione (che viene comunque seguita automaticamente) verrà attuato manualmente dall’operatore mediante lo spostamento del pantografo in una delle due direzioni X o Y degli assi strumentali. Utilizzando questa modalità, l’operatore potrà regolare a suo piacimento la velocità di scansione rallentando ove l’andamento del terreno sia particolarmente accidentato e quindi più difficoltosa la collimazione alla quota del terreno. La registrazione dei punti lungo la sezione può avvenire o per intervalli di spazio D costanti lungo la direzione della sezione o per dislivelli dz costanti o su comando dell’operatore. Nel primo modo la registrazione del punto avviene ogniqualvolta sia stata percorsa una distanza D dall’ultimo punto acquisito. Nel secondo modo la registrazione del punto avviene quando la differenza di quota tra il punto corrente e l’ultimo registrato, in valore assoluto, sia maggiore di un certo dislivello dz prefissato, ovvero: |Zi+1-Zi| > dz. Tale modalità da luogo a sezioni con distribuzione non omogenea dei punti. Il terzo modo permette all’operatore di decidere dove collocare i punti della sezione e può essere utile nel caso di terreni che presentino discontinuità (scarpate, corsi d’acqua, opere artificiali ecc..) Nella Fig. 51 i cerchi neri rappresentano punti rilevati nel primo modo, i cerchi bianchi punti rilevati nel secondo modo e i quadratini punti rilevati nel terzo modo.

Fig. 51 - sezione del terreno

Terminata la prima sezione, lo strumento si posiziona automaticamente sul punto di inizio della sezione successiva per ripetere il ciclo di acquisizione fino a esaurimento di tutte le sezioni predefinite. Per quanto riguarda i "profili", i parametri da fornire preventivamente (da file o interattivamente tramite mouse) sono le coordinate dei punti P1,...,P6 (vedi Fig. 50) definenti planimetricamente la polyline che costituisce il profilo. L’acquisizione dei punti avviene in modo del tutto analogo a quanto visto per le sezioni, considerando appunto come assi di singole sezioni i segmenti P1-P2, P2-P3,........,P5-P6.

Acquisizione di DTM Dedicheremo nel seguito di queste dispense un intero paragrafo per la descrizione dei modelli digitali del terreno (DTM) e le tecniche di acquisizione e i metodi di interpolazione.

asse della sezione

Z D

dz

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Descriviamo qui brevemente la funzione che permette di acquisire un DTM per via fotogrammetrica e quindi direttamente in fase di restituzione. Il DTM, in questa prima accezione, può essere definito come un seminato di punti, più o meno regolare, noti nelle tre coordinate terreno X,Y,Z. Nella Fig. 52 sono illustrati i due tipi di DTM, uno a maglia regolare, l’altro irregolare.

Fig. 52 - esempi di DTM

L’acquisizione di un DTM regolare è più agevole se si fa uso di uno strumento analitico, in quanto il posizionamento sui nodi del grigliato da acquisire viene effettuato automaticamente per mezzo dei motori del restitutore. Il lavoro preliminare, una volta attivata la funzione, consiste nel definire l’area di copertura del DTM. I punti che definiscono questa poligonale chiusa possono essere introdotti direttamente a video tramite mouse, oppure fornendo le coordinate da tastiera oppure ancora prelevandole da un file preventivamente allestito. L’area può essere costituita da un numero qualunque di punti e avere forma qualsiasi. Gli altri parametri da fornire sono: • passo DX (distanza tra le colonne in metri terreno) • passo DY (distanza tra le righe in metri terreno) • angolo A di inclinazione delle righe (le colonne saranno sempre ortogonali alle

righe) Nel caso in cui si voglia acquisire un DTM a maglia regolare con forma rettangolare parallela agli assi terreno XT,YT e angolo di inclinazione A=0, per definire l’area da acquisire saranno sufficienti i due punti estremi P1 e P2 (vedi Fig. 52). Una volta definiti questi parametri, il programma di acquisizione calcolerà il numero di righe e di colonne che individuano i punti del DTM dei quali si dovranno misurare le coordinate sul modello stereoscopico del terreno. Il restitutore analitico ricercherà automaticamente e in sequenza tutti i punti del DTM sul modello stereoscopico e l'operatore provvederà alla loro giusta collimazione alla quota del terreno. L'operazione di collimazione e registrazione automatica delle coordinate dei punti che definiscono il DTM proseguirà fino alla totale copertura dell'area definita in precedenza.

P1

P2

4. Digitalizzazione di cartografia esistente

Il terzo metodo di produzione di cartografia numerica consiste nella digitalizzazione di cartografia tradizionale già esistente e disponibile sotto forma cartacea. Questo metodo è decisamente più veloce ed economico dei primi due già illustrati e offre il vantaggio di essere utilizzabile anche senza l'ausilio di costose e sofisticate strumentazioni. Bisogna però avere ben presente alcuni aspetti fondamentali legati a questo metodo di produzione di cartografia numerica. Nell'operazione di numerizzazione si ha un degrado della precisione rispetto al documento cartaceo originale e quindi in definitiva rispetto alla "verità terreno". Le principali fonti di errore insite in questa metodologia sono le seguenti: • errori del documento cartaceo quali l'errore di graficismo (assunto pari a 0,2

mm), dovuto allo spessore e alla disomogeneità del tratto, la deformazione del supporto e l'errore di riporto della parametratura. La deformazione del supporto può anche essere molto grande (fino all' 1 ± 2‰ ovvero 1 ± 2 mm per ogni metro di carta) e, cosa più grave, può essere anisotropo, cioè diverso per i due assi e variare sensibilmente da zona a zona del foglio di carta. Gli errori di posizionamento dei parametri sono particolarmente gravi perché, come vedremo, è proprio su questi che si basa l'operazione di orientamento del foglio per la generazione delle coordinate terreno di tutti i punti digitalizzati.

• errori legati alla strumentazione utilizzata quali: la precisione intrinseca del digimetro, errore di collimazione del punto dovuto allo spessore e alla forma dell'organo di puntamento. Le prove effettuate su strumenti di classe elevata, danno un valore complessivo dell'errore di collimazione mai superiore a 0,1 mm. Questo valore sta ad indicare che, tutto sommato, la perdita di precisione dovuta allo strumento (digimertro) incide poco sulla precisione finale della carta numerica prodotta.

Si tenga presente che la cartografia numerica generata in questo modo è essenzialmente planimetrica, anche se sarà possibile integrare questi dati con quelli relativi alle curve di livello e ai punti quotati. Una carta tradizionale obsoleta non merita lo sforzo della sua digitalizzazione perché il prodotto ottenuto avrà un grado di aggiornamento insufficiente; Il principio di funzionamento di un digimetro (vedi paragrafo relativo) è basato sulla trasformazione di coordinate piane (x,y), riferite ad una origine assoluta strumentale, in coordinate terreno (Est, Nord) del sistema di riferimento della cartografia da digitalizzare. Questa operazione viene comunemente indicata come "orientamento del foglio" Nel paragrafo seguente viene illustrata la base teorica delle principali trasformazioni piane.

LE TRASFORMAZIONI PIANE ELEMENTARI Il principio di funzionamento di un digimetro (vedi paragrafo relativo) è basato sulla trasformazione di coordinate piane (x,y), riferite ad una origine assoluta strumentale, in coordinate terreno (Est, Nord) del sistema di riferimento della cartografia da digitalizzare. Questa operazione viene comunemente indicata come "orientamento del foglio". In questo paragrafo viene illustrata la base teorica delle principali trasformazioni piane.

Capitolo 4

Pag. 62

Si chiamano piane tutte quelle trasformazioni che fanno corrispondere biunivocamente ad un dato insieme piano di punti un altro insieme piano di punti. Tra le tante trasformazioni piane si chiamano elementari quelle che conservano, oltre alla corrispondenza biunivoca tra i due insiemi, altre proprietà geometriche che, a seconda del tipo di trasformazione piana considerata, sono: gli allineamenti, il parallelismo, la similitudine, la congruenza, ecc.. Sono trasformazioni piane elementari:

gruppo tipo di trasformazione

n° parametri incogniti

AFFINITÀ

congruente conforme affine particolare affine generale

3 4 5 6

PROIETTIVITÀ omografia 8 Nel campo geometrico proiettivo le prime quattro trasformazioni elencate appartengono al gruppo delle affinità. L'omografia invece è una proiettività e vedremo che il gruppo delle affinità deriva, in condizioni particolari, dall’omografia.

Interpretazione geometrica della trasformazione omografica Dati due piani distinti π1 e π2 si dice che sono riferiti ad una omografia quando esiste una corrispondenza biunivoca tale che ad ogni punto e ad ogni retta di π1 corrisponda un solo punto ed una sola retta su π2 e ad ogni fascio di rette su π1 corrisponde un fascio proiettivo su π2 (vedi Fig. 53).

Fig. 53 - schema proiettivo dell'omografia

Per chiarire il concetto di proiettività tra forme di seconda specie, si richiama la nozione di birapporto tra quattro elementi di una forma di prima specie che nella geometria proiettiva ha un ruolo di pari importanza a quello assunto dalla nozione di distanza tra due punti nella geometria metrica. Consideriamo una retta r1 e fissiamo su di essa quattro punti A, B, C, D. Si definisce birapporto dei 4 punti e lo si indica con (A, B, C, D) la relazione:

AC / BC = AD / BD (47)

Dove con AC, BC, AD, BD si intende la lunghezza con segno dei segmenti individuati dai punti sulla retta r1. La trasformazione omografica conserva il birapporto e quindi potremo scrivere per la retta r2 appartenente al piano π2:

π1

π2

S

A≡A’ B

C D

B’ C’ D’

r1

r2

Digitalizzazione di cartografia esistente

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A’C’ / B’C’ = A’D’ / B’D’ (48) che si può esprimere come: (A,B,C,D) = (A’,B’,C’,D’) L’omografia può essere rappresentata con equazioni del tipo:

1++++=

hygxcbyaxX

(49)

1++++=

hygxfeydxY

(50)

in cui a,b,c,d,e,f,g,h sono gli 8 parametri incogniti dell’omografia x,y sono le coordinate dei punti appartenenti al piano π1 X,Y sono le coordinate dei punti appartenenti al piano π2

Interpretazione geometrica delle affinità Come si è già detto in precedenza, l’affinità rientra in un caso particolare di omografia; infatti se in una omografia i piani π1 e π2 sono paralleli, questa prende il nome di affinità o di omografia affine.

Fig. 54 - schema proiettivo dell'affinità

A differenza dell’omografia, nell’affinità si conserva il rapporto semplice. Considerata per semplicità una retta r1 e individuati su di essa tre punti A, B, C si definisce rapporto semplice dei tre punti e lo si indica con (A,B,C) il numero: AC / BC (51)

in cui AC e BC hanno significato identico a quello indicato nel birapporto. Anche in questo caso si può dimostrare che il rapporto semplice dei tre punti sulla retta r1 non varia quando vengono proiettati da un punto S su di un'altra retta r2, cioè vale la relazione: (A,B,C) = (A’,B’,C’) (52)

L’affinità gode delle seguenti proprietà: • segmenti uguali e paralleli su π1 si trasformano in segmenti uguali e paralleli

su π2 ma in generale non paralleli ai primi; • un parallelogramma su π1 si trasforma in un parallelogramma su π2 .

π1

π2

A B C

A’ B’ C’

S

r1

r2

Capitolo 4

Pag. 64

L’affinità può essere rappresentata con equazioni del tipo:

ebyaxX ++= (53) fdycxY ++= (54)

in cui a,b,c,d,e,f, sono i 6 parametri incogniti dell’affinità. x,y sono le coordinate dei punti appartenenti al piano π1. X,Y sono le coordinate dei punti appartenenti al piano π2.

Parametri geometrici delle trasformazioni Dopo questa premessa di carattere geometrico proiettivo, si passa a descrivere le singole trasformazioni piane elementari mettendo in evidenza il significato geometrico dei parametri introdotti. Precisamente:

x,y coordinate dei punti appartenenti al piano π1 X,Y coordinate dei punti appartenenti al piano π2 θ rotazione rigida della figura iniziale con centro Ox,y assunta positiva se oraria TX traslazione rigida della figura secondo l'asse X TY traslazione rigida della figura secondo l'asse Y λ fattore di scala cioè il rapporto tra l'unità di misura lineare impiegata in Ox,y e

quella di OX,Y λX fattore di scala valido per l'asse X λY fattore di scala valido per l'asse Y δ l'angolo che rappresenta lo scorrimento della trasformazione α l'angolo di convergenza longitudinale β l'angolo di convergenza trasversale

Trasformazione congruente In questa trasformazione i parametri incogniti valgono:

a = cos(θ) b = sin(θ) c = - sin(θ) d = cos(θ) e = TX f = TY

e le equazioni diventano:

XTysinxX ++= )()cos( θθ (55)

YTyxsinY ++−= )cos()( θθ (56) Le incognite nelle equazioni (55) e (56) sono tre: θ , TX ,TY e l’effetto di questa trasformazione è una rototraslazione pura:

θ TX

TY

traslazione X rotazione

traslazione Y


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Fig. 55 - trasformazione congruente

Trasformazione conforme In questa trasformazione i parametri incogniti valgono:

a = λ cos(θ) b = λ sin(θ) c = - λ sin(θ) d = λ cos(θ) e = TX f = TY


XTysinxX ++= )cos( θθλ (57)

YTyxsinY ++−= )cos( θθλ (58)

Le incognite nelle equazioni (57) e (58) sono quattro: θ , λ, TX ,TY e l’effetto di questa trasformazione è una rototraslazione con variazione isotropa di scala:

Fig. 55 - trasformazione conforme

Trasformazione affine particolare In questa trasformazione i parametri incogniti valgono:

a = λX cos(θ) b = λX sin(θ) c = - λY sin(θ) d = λY cos(θ) e = TX f = TY


Xx TysinxX ++= )cos( θθλ (59)

Yy TyxsinY ++−= )cos( θθλ (60)

Le incognite nelle equazioni (59) e (60) sono cinque: θ , λx , λy , TX ,TY e l’effetto di questa trasformazione è una rototraslazione con variazione anisotropa di scala:

θ

TY

λ

TX

variazione di scala

rotazione

traslazione Y

traslazione

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Fig. 55 - trasformazione affine particolare

Trasformazione affine generale In questa trasformazione i parametri incogniti valgono:

a = λX cos(θ) b = λX sin(θ + δ) c = - λY sin(θ) d = λY cos(θ - δ) e = TX f = TY


Xx TysinxX +++= )cos( δθθλ (61)

TyxsinY y +−+−= )cos( δθθλ (62)

Le incognite nelle equazioni (61) e (62) sono sei: θ , δ , λx , λy , TX ,TY e l’effetto di questa trasformazione è una rototraslazione con variazione anisotropa di scala e scorrimento. Questa trasformazione è consigliabile in alcuni casi particolari di digitalizzazione di cartografia e precisamente quando si deve applicare, per contenere le deformazioni, a porzioni triangolari di uno stesso foglio di cartografia e si vuole anche garantire la continuità delle linee sul lati comuni dei triangoli confinanti.

Fig. 55 - trasformazione affine generale

θ

T

λY

δ λX

TX

rotazione scorrimento variazione di scala X

variazione di scala Y

traslazione Y

traslazione X

θ

TY

λY λX

TX

rotazione variazione di scala Y

variazione di scala X

traslazione Y

traslazione X


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Omografia In questa trasformazione i parametri incogniti valgono:

a = λx cos(θ) b = λx sin(θ + δ) c = - λy sin(θ) d = λy cos(θ - δ) e = TX f = TY g = α/2 (valido per α piccolo) h = β/2 (valido per β piccolo)


( ) ( )1

22

cos

++

+++= βαδθλθλ

yx

TsinyxX Xxx

(63)

( ) ( )1

22

cos

++

+−+−= βα

δθλθλ

yx

TysinxY Yyy

(64)

Le incognite nelle equazioni (63) e (64) sono otto: θ , δ , λx , λy , α , β , TX ,TY e l’effetto di questa trasformazione è una rototraslazione con variazione anisotropa di scala con scorrimento e con convergenza angolare sia longitudinale che trasversale. La trasformazione omografica è correttamente applicabile quando il sistema di coordinate di partenza è affetto da errori non sistematici e non isotropi che non possono essere controllati in modo puntuale su tutta la superficie del documento cartaceo da digitalizzare.

Fig. 56 - trasformazione omografica

Analizzando le formule che definiscono le varie trasformazioni si nota che:

θ

TY

λY

δ λX

β α

TX

rotazione sbandamento variazione di scala X

variazione di scala Y

traslazione Y

convergenza Y convergenza X

traslazione X

Capitolo 4

Pag. 68

• per α = 0 e β = 0 la trasformazione omografica diventa l'affine generale; • per δ =0 l'affine generale si riduce all'affine particolare; • per λX = λY = λ l'affine particolare si riduce alla conforme; • infine per λ = 1 la conforme diventa congruente.

In termini di parametri incogniti avremo:

tipo

parametri incogniti

omografia TX TY θ λX λY δ α β affine generale TX TY θ λX λY δ 0 0 affine particolare TX TY θ λX λY 0 0 0 conforme TX TY θ λ 0 0 0 0 congruente TX TY θ 1 0 0 0 0

L'acquisizione dei dati La modalità di acquisizione numerica dei dati dal supporto originale, normalmente cartaceo, viene definita digitalizzazione e può essere paragonata all'attività di lucidatura effettuata da un disegnatore nella cartografia tradizionale. Consiste infatti nel "ripassare" con un apposito strumento (cursore) le geometrie contenute nella carta per trasformarle automaticamente in una serie di coordinate. Gli strumenti utilizzati per questa operazione variano in funzione della metodologia adottata e precisamente: • digimetri vettoriali manuali (descritti più avanti); • digimetri semiautomatici a inseguimento di linee; sono strumenti ormai non

più attuali, a suo tempo erano molto sofisticati e costosi, basati sull'uso di un raggio laser che inseguiva le linee del disegno, per esempio una curva di livello, e ne rilevava le coordinate a intervalli prefissati di spazio; il loro funzionamento doveva essere sempre assistito da un operatore che definiva l'inizio di ogni nuova linea e la direzione da prendere in presenza di un incrocio;

• digimetri raster ad acquisizione automatica (descritti nei paragrafi successivi); Il digimetro vettoriale manuale è costituito da tre componenti fondamentali (vedi Fig. 57) e precisamente: • una superficie piana (tavolo) su cui poggia la carta da digitalizzare; • un organo di puntamento e acquisizione (cursore); • un'interfaccia di collegamento con il computer; Il principio di funzionamento è il seguente: • il tavolo è costituito da una superficie di materiale plastico dentro la quale è

annegata una maglia di conduttori lineari che si incrociano ortogonalmente percorsi da una corrente.

• Il cursore, a sua volta, contiene un solenoide il cui centro è rappresentato dalla croce di puntamento che interagendo con il campo elettromagnetico generato dai conduttori sente, in forma analogica, la propria posizione assoluta rispetto al sistema di riferimento assoluto del tavolo.


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L'elettronica contenuta nell'interfaccia trasforma in digitale il segnale ricevuto dal cursore e lo invia al computer per la memorizzazione.

Fig. 57 - digimetro, cursore, interfaccia e computer

L’organo di collimazione (cursore) è costituito da una lente su cui è inciso un reticolo e da una tastiera annessa; il centro del reticolo coincide con il centro del solenoide. Le coordinate (X,Y) assolute strumentali del punto collimato sono determinate elettronicamente dai conduttori lineari attivati dal campo magnetico del cursore. Il cursore, oltre che costituire l'organo di collimazione vero e proprio, è dotato di un certo numero di pulsanti (da 2 a 16 a seconda dei modelli) che permettono di attribuire anche un codice al punto rilevato. L'aspetto esteriore di un digimetro è quello di un tavolo da disegno con un formato variabile dall'UNI A4 (29,7x21 cm) al formato A0 (1230x925 mm); di solito aumentando il formato migliorano anche le caratteristiche di precisione e di risoluzione. La risoluzione dipende dal diametro e dalla distanza dei conduttori del grigliato; può variare tra 10 linee per mm (0,1 mm) per i modelli più economici fino a 1000 linee per pollice (0,0254 mm) per i digimetri di grande formato. L'accuratezza è il parametro più importante ai fini della valutazione della precisione; può variare tra ± 0,5 mm a ± 0,1 mm. La ripetibilità rappresenta lo scarto massimo verificabile nelle collimazioni ripetute di uno stesso punto; teoricamente dovrebbe coincidere con l'accuratezza. La modalità operativa più comune di un digimetro è quella che consente, premendo un tasto del cursore, di acquisire le coordinate (X,Y) e il codice del tasto premuto del punto collimato.

Orientamento della carta E’ l’operazione da effettuare prima di iniziare la digitalizzazione della carta e consiste nel trasformare le coordinate strumentali acquisite dal digimetro (X,Y) nelle unità e nel sistema di riferimento della carta stessa (generalmente metri terreno, UTM o Gauss-Boaga). L'operazione di orientamento consente anche, come vedremo, di controllare alcuni errori legati alla deformazione del supporto da acquisire. Nella figura 58 è rappresentata la superficie del digimetro con la carta da digitalizzare e i riferimenti per l'esecuzione dell'orientamento. I punti 1,2,3,4 rappresentano i punti scelti in questo caso per l'orientamento e il loro numero dipende dal tipo di trasformazione piana che si intende eseguire ( vedi par. relativo). Per una rototraslazione con variazione di scala sono necessari minimo due punti; per una trasformazione omografica sono necessari minimo quattro punti, per una trasformazione affine sono necessari minimo 3 punti. La disposizione dei punti da utilizzarsi per l'orientamento è quella che li vede più periferici possibile rispetto alla geometria da digitalizzare che deve essere anche totalmente contenuta nel loro inviluppo; sono da escludere porzioni di cartografia

interfaccia

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esterne ai punti di orientamento per evitare l'estrapolazione dei parametri di orientamento calcolati. I punti utilizzati per l'orientamento devono essere, ovviamente, punti di coordinate terreno note quindi, teoricamente, potrebbero essere usati tutti i punti presenti sulla carta. In realtà si utilizzano, se presenti, i crocicchi della parametratura, eventualmente dopo aver verificato la loro precisione e congruenza rispetto al resto della geometria.

Fig. 58 - orientamento di una carta

La trasformazione che si utilizza maggiormente è la rototraslazione con variazione di scala a quattro parametri: θ, λ, TX, TY (vedi Fig. 59). Questa trasformazione elimina gli errori dovuti alla deformazione del supporto nel caso che questa sia da considerarsi isotropa.

Fig. 59 - trasformazione conforme

Per determinare i parametri incogniti della trasformazione piana (θ, λ, TX, TY) bisogna conoscere le coordinate di almeno due punti nei due sistemi di riferimento (cartografiche e assolute digimetro). Le relazioni analitiche della rototraslazione con variazione di scala sono: date dalle relazioni (57) e (58) già viste:

XTysinxX ++= )cos( θθλ (57)

YTyxsinY ++−= )cos( θθλ (58) Per ogni punto noto nei due sistemi di riferimento (X,Y e E,N) è possibile scrivere due equazioni del tipo (57) e (58).

P

N

E

X

Y

TX

TY

θ

Y

X

E

N

TY

TX θ1

2 3

4

MENU


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Pertanto per la determinazione dei quattro parametri incogniti saranno sufficienti solamente due punti noti nei due sistemi di riferimento. Se i punti noti sono in numero esuberante la determinazione dei parametri incogniti avverrà tramite la scrittura di un sistema di 2 n equazioni di tipo (57) e (58) e la sua soluzione con il criterio dei minimi quadrati. Questo è il caso operativo abituale; ad esempio, il catasto italiano prevede per la digitalizzazione di una mappa che l'orientamento del foglio avvenga utilizzando un minimo di otto punti disposti, ove possibile, sulla cornice. Dopo l'operazione di orientamento del foglio si dovrà verificare che gli scarti residui sui punti noti siano inferiori a quelli consentiti dal capitolato tecnico che governa il lavoro di digitalizzazione. I valori degli scarti normalmente indicati dai capitolati sono i seguenti: modulo degli scarti < 0,3 mm grafici (es. per la scala 1:2000 scarto ≤ 60 cm) scala calcolata - scala nominale

< 0,5 % (es. per la scala 1:2000 1990 ≤ scala calcolata ≤ 2010)

Esempio dei risultati di orientamento di un foglio: COORDINATE STRUMENTALI COORDINATE TERRENO PUNTO X Y E N 1 24414 10589 49490.00 50708.00 2 24500 47416 49569.00 59954.00 3 68458 47376 60606.00 59868.00 4 68503 10528 60540.00 50622.00 Scala nominale: 1:25.000 Scarto SCALA : 0.37 % Scarti sui punti: COORDINATE TRASFORMATE PUNTO DE(m) DN(m) DS(m) DS(mm) E N 1 -4.45 4.36 6.22 0.25 49485.55 50712.36 2 1.95 -1.41 2.40 0.10 49570.95 59952.59 3 -5.47 -1.61 5.70 0.23 60600.53 59866.39 4 7.98 -1.34 8.09 0.32 * 60547.98 50620.66 Parametri di trasformazione: λ=25091.9 θ=0.4396(gr.c.) Tx=43341.41 Ty=48097.73 I dati sono relativi alla digitalizzazione di una tavoletta al 25.000.

Per risolvere il sistema di equazioni di tipo (57) e (58) bisogna procedere alla loro linearizzazione mediante uno sviluppo in serie nell'intorno di una valore approssimato. I valori approssimati delle incognite si possono ricavare considerando i primi due punti noti P1 e P2 che si utilizzano per l'orientamento del foglio:

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Fig. 60 - determinazione dei valori approssimati delle incognite

Le relazioni analitiche che possiamo scrivere a partire dai valori noti delle coordinate nei due sistemi di riferimento dei due punti P1 e P2 sono le seguenti:

( )12

12,21 tan

NNEEarcPP NE −

−= ( )12

12,21 tan

YYXXarcPP YX −

−= (59)

( ) ( )212

21221 NNEED −+−=− ( ) ( )2

122

1221 YYXXd −+−=− (60)

da cui possiamo ricavare i valori approssimati della rotazione θ e della scala λ:

( ) ( ) NEYX PPPP ,21,210 −=θ (61)

21

210

−

−=dDλ

(62)

Applicando i parametri approssimati θ0 e λ0 al primo punto P1, si otterranno le coordinate ruotate dello stesso punto:

( )01

01

01 sencos θθλ YXXR += (63)

( )01

01

01 cossen θθλ YXYR +−= (64)

e imponendo la coincidenza di P1 nei due sistemi di riferimento potremo determinare i valori approssimati delle traslazioni:

110XT XRE −= (65)

110YT YRN −= (66)

Le equazioni (57) e (58).linearizzate diventeranno quindi:

01321 =+∆+∆+∆ TNaaaXTλθ (67)

02321 =+∆+∆+∆ TNbbbYTλθ (68)

dove i coefficienti delle incognite valgono:

a1 = YR b1 = -XR TN1 = (XR + Tx

0 ) - X a2 =XR b2 = YR TN2 = (YR + TY

0 ) - Y a3 =1 b3 = 1

Ogni punto di orientamento, noto nei due sistemi di riferimento (assoluto digimetro X,Y e cartografico E,N), permetterà la scrittura di due equazioni di tipo (57) e (58) o nella forma linearizzata (67) e (68).

X

Y N

E

P1

P2

P1

P2 (P1 P2) (P1 P2)


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L'insieme dei punti noti da utilizzare per l'orientamento del foglio consentirà la costruzione della matrice dei coefficienti delle incognite (θ, λ, TX, TY) costituita da 2n righe e 4 colonne. La soluzione, come già detto in precedenza, si otterrà mediante la normalizzazione della matrice dei coefficienti e l'applicazione del criterio dei minimi quadrati. La struttura della matrice dei coefficienti sarà la seguente: ∆θ

∆λ ∆Tx ∆Ty

P1 a1’ a2

’ a3’ 0 TN1

’ P1 b1

’ b2’ 0 b3

’ TN2’

P2 a1” a2

” a3” 0 TN1

” P2 b1

” b2” 0 b3

” TN2”

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . . Pn a1

n a2n a3

n 0 TN1n

Pn b1n b2

n 0 b3n TN2

n Il procedimento di soluzione sarà necessariamente iterativo perché le equazioni (57) e (58) sono state linearizzate utilizzando uno sviluppo in serie di Taylor fermato ai termini lineari e nell'intorno di un valore approssimato (θ0, λ0, T 0

X, T 0Y). Le incognite θ, λ, TX, TY saranno quindi determinate per accumulo

successivo delle correzioni ottenute nelle varie iterazioni di calcolo:

L+∆+∆+= "'0θθθθ

( ) ( ) K⋅∆+⋅∆+= "'0 11 λλλλ

K+∆+∆+= "'0XX TTXX TT

K+∆+∆+= "'0YY TTYY TT

(69)

Il diagramma di flusso di un programma per l'orientamento di una carta su un digimetro è il seguente:

no

si

esegui 5 iterazioni

calcola i valori approssimati λ0 θ0 TX0 TY

0

calcola XR YR e i termini noti TN1 e TN2

scrivi i coefficienti e termine noto delle equazioni

normalizza per accumulo

fine equazioni ?

risolve il sistema normale

calcola i parametri complessivi e gli scarti lineari

END

Capitolo 4

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Terminata l’operazione di orientamento appena descritta, potrà subito iniziare la digitalizzazione della carta; esistono due modi possibili:

• digitalizzazione per poligoni chiusi (singole entità); in questo caso l'operatore

collima i punti che descrivono l'entità da numerizzare secondo la logica prevista dal programma, ad esempio percorrendo il perimetro in senso orario e richiudendo lo stesso perimetro sul punto iniziale. È inevitabile che gli archi comuni a due aree contigue debbano essere digitalizzati due volte con tutti gli inconvenienti dovuti alla ridondanza dei dati.

• digitalizzazione per archi (a schema libero); questa modalità è preferibile alla precedente in quanto è più rapida e non comporta ridondanza di informazioni; l'operatore è libero di seguire un percorso qualunque nella definizione degli archi costituenti la cartografia, l'unica avvertenza è che non si deve rilevare due volte uno stesso arco. Dopo questa digitalizzazione della carta, fatta per archi qualunque, si dovrà attivare un processo di generazione delle aree che sarà totalmente automatico e quindi non graverà sul ciclo produttivo. Una volta ricostruita correttamente la geometria di base, sarà necessario codificare tutte le aree.

Nel primo caso la codifica sarà assegnata direttamente dall'operatore già in fase di digitalizzazione delle entità secondo varie modalità: usando la tastiera del calcolatore, usando la tastiera del cursore o digitalizzando un punto su quello che si definisce menu (vedi Fig. 58). Quando l'operatore, per rispondere ad una domanda posta dal programma, digitalizza un punto appartenente ad una casella del menu, il software comprende che le coordinate che gli vengono inviate non sono di un punto della carta, ma appartengono alla zona riservata e, in particolare, a quella certa casella del menu per la quale è già stata memorizzata una precisa risposta. Impostare da menu le risposte ai programmi di gestione consente all'operatore una discreta economia di tempo. Nel secondo caso la codifica sarà attribuita in un fase di editing (operazione descritta più avanti) toccando le aree una ad una e assegnando il relativo codice.

Esempio significativo: il catasto La cartografia catastale rappresenta un patrimonio immenso, costato oltre un secolo di lavoro (la legge istitutiva del Catasto italiano risale al 1 marzo 1886) ed è l’unica cartografia a grande scala che ricopre l'intero territorio nazionale. La cartografia catastale è piuttosto semplice nei suoi contenuti e manca completamente delle informazioni altimetriche (curve di livello e punti quotati) ad eccezione della cartografia di recente produzione. Il tematismo peculiare è costituito dalla geometria delle particelle che rappresentano l'unità di misura della proprietà. Le principali caratteristiche di questa cartografia sono: totale dei fogli di mappa ricoprenti l'intero territorio nazionale: oltre 310.000 numero medio di particelle per foglio: circa 200 numero totale di particelle sul territorio nazionale oltre 60.000.000 superficie media di ciascun foglio: 100 ha scale di rappresentazione: 1:500-1000-2000-4000 sistema cartografico di rappresentazione Cassini - Soldner sistema di rappresentazione: CASSINI-SOLDNER (Gauss-Boaga per i fogli più recenti) Un’altra caratteristica della cartografia catastale è quella di essere organizzata per ‘isole’ come si vede nella seguente figura.


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Fig. 61 - mappa catastale

Il perimetro della zona rappresentata da ciascun foglio di mappa è di solito costituito da strade o acque; su queste aree, che non hanno rilevanza in termini catastali di proprietà, vengono di solito concentrati tutti gli eventuali errori verificatisi sia al momento dell’impianto che nel corso dei successivi interventi di aggiornamento. Questo fa sì che spesso si verifichino delle incongruenze nelle parti comuni di fogli adiacenti; tali incongruenze possono risultare ancora più forti al confine tra comuni diversi. A partire dalla prima metà degli anni ‘70, la Direzione Generale del Catasto ha avviato un processo di digitalizzazione di tutte le mappe per ottenere una più ampia e diversificata utilizzazione del contenuto informativo dei sui archivi. Tale processo di informatizzazione ha investito sia i documenti di natura amministrativo-censuaria che quelli di natura geometrico-cartografica. La numerizzazione vera e propria dei fogli di mappa è iniziata negli anni ‘80 e prosegue tutt’oggi con più del 50% dei fogli già acquisiti. La figura 62 descrive le procedure e gli enti coinvolti in questo processo.

Fig. 62 - processo di numerizzazione del catasto

La SOGEI, Società Generale di Informatica, nell’ambito di una convenzione con il Ministero delle Finanze e con il Dipartimento del Territorio, rappresenta l’interfaccia tra quest’ultimo ente e le ditte appaltatrici, nei confronti delle quali gestisce l’affidamento dei lotti di digitalizzazione. Queste ultime ritirano dagli Uffici Tecnici Erariali provinciali competenti il materiale cartaceo costituito dalle matrici trasparenti indeformabili e dai copioni di visura. Il successivo lavoro consiste in:

FOGLIO

FOGLI

FOGLI FOGLI

DIPARTIMENTO DEL TERRITORIO

S O G E I S.p.a.Affidamento appalti

Collaudi

Aggiornamento grafico dei fogli di mappa

Digitalizzazione e creazionedei files archivio

APPALTATORI UTE Provinciali

ritiro

riconsegna mappe

Conversione in formato DST

Conversione DST → NTF

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• aggiornamento delle matrici con riporto su queste delle variazioni contenute nei copioni di visura;

• digitalizzazione delle matrici aggiornate; • generazione del file archivio geometrico; • conversione del file archivio nel formato DST; • riconsegna del materiale cartaceo ai rispettivi UTE; • consegna degli archivi a SOGEI; La SOGEI provvede a sua volta al collaudo degli archivi consegnati dalle ditte appaltatrici e alla consegna del materiale alla Dipartimento del Territorio che lo ritrasmette agli uffici catastali provinciali.

Strumenti per la numerizzazione automatica Lo strumento che si utilizza per digitalizzare una cartografia tradizionale è lo scanner. La sua funzione è quella di convertire i dati analogici (disegno della carta) in una matrice numerica (raster) dove i valori rappresentano l'informazione radiometrica relativa al supporto cartaceo acquisito. Il principio di funzionamento è basato sul fatto che un'immagine è la rappresentazione ottica di un oggetto illuminato da una sorgente di energia. Nella formazione di un'immagine è necessario considerare tre elementi: l'oggetto, la sorgente di energia e il sistema di formazione dell'immagine. In uno scanner la luce riflessa dalla carta, illuminata da una fonte di energia, rappresenta l'input del sistema di formazione dell'immagine digitale. Questo sistema solitamente è composto da un sottosistema ottico, da un sensore fotosensibile e da un digitalizzatore d'immagine (vedi Fig. 63).

Fig. 63 - schema concettuale di uno scanner

Il sensore fotosensibile può essere di diversa tipologia, in funzione dell'elemento fotosensibile impiegato; i principali esistenti in commercio sono: tubi Vidicon, Charge Injection Device (CID), Charge Coupled Device (CCD). L'output del sensore fotosensibile è un segnale analogico bidimensionale che deve quindi essere discretizzato e numerizzato prima di poter essere elaborato da un computer. Questa operazione è effettuata da un convertitore analogico / digitale (A/D) che trasforma l'immagine analogica in un'immagine digitale (matrice di N righe per M colonne; l’indice di riga i varia da 1 a M con passo 1 e l’indice di colonna j varia da 1 a n con passo 1). Nel caso di immagini a colori, il campionamento si effettua indipendentemente sui singoli canali (rosso, verde e blu), producendo tre immagini digitali (tre matrici) nelle tre bande separate di uguale dimensione. L'area elementare dell'immagine analogica, corrispondente a ciascun valore numerico della matrice, si chiama pixel (picture element = elemento di immagine); i lati (∆η e ∆ξ) che definiscono l'area hanno una dimensione variabile, in funzione del grado di risoluzione dello scanner.

illuminazione luce

sensore fotosensibile (fotorivelatore)

convertitore A/D

disegno


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La risoluzione di scansione di un documento si misura in pixel per pollice, indicato con l'acronimo dpi (dot per inch = punti per pollice); attualmente, la strumentazione in commercio ha una risoluzione variabile da 300 a 4.000 dpi a cui corrispondono rispettivamente pixel con lato di 80 µm e di 7 µm. Dimensioni di pixel inferiori a 7 µm non oggi tecnicamente raggiungibili. Man mano che la dimensione del pixel diminuisce, anche il cosiddetto rapporto segnale / rumore, che rappresenta una misura della qualità del sensore, diminuisce sino al limite di circa 1. Un rapporto segale / rumore = 1 significa che il rumore è grande quanto il segnale che contiene e quindi scarsamente utilizzabile. In questa tabella si riportano le dimensione del pixel in funzione della risoluzione di scansione (d.p.i.):

d.p.i. ∆η [µm]

∆ξ [µm]

100 254 254 200 127 127 400 64 64 600 42 42 1200 21 21

La moderna tecnologia degli elementi fotosensibili allo stato solido ha ricevuto notevole impulso dagli impressionanti sviluppi relativi ai semiconduttori al silicio. I sensori al silicio sono molto efficienti nel generare, memorizzare e trasmettere fotocariche nello spettro del visibile (0,4 ± 0,7 µm) e dell'infrarosso vicino (0,7 ± 1,1 µm). Le camere e/o scanner a sensori CCD si basano su chip in cui gli elementi fotosensibili sono montati su linee e/o aree di scansione; nelle normali camere i sensori CCD possono ricoprire un'area di 1000x1000 pixel (con dimensione del pixel variabile tra 5 e 15 µm), che rappresenta una risoluzione comparabile a quella televisiva. Il principio di funzionamento di un sensore fotosensibile si basa sul fatto che, quando un fotone colpisce e viene assorbito dal semiconduttore, si genera una carica elettrica che viene raccolta da un elettrodo; questa è l'informazione elementare, il segnale analogico memorizzato per ciascun pixel. Malgrado i consistenti progressi tecnologici, sussistono ancora alcuni problemi relativi alla tecnologia dei sensori CCD. In primo luogo gli elettroni rilasciati dal substrato del sensore non sono solo fotoni, ma possono anche assumere la forma di segnali termici casuali che producono la cosiddetta corrente nera (dark current), ragione per cui studi sperimentali hanno dimostrato che questo effetto indesiderabile, che produce alterazioni radiometriche nell'immagine digitale, può essere eliminato raffreddando i sensori a circa -100 °C, eliminando così eventuali scambi termici inquinanti. In secondo luogo, il processo di lettura del potenziale elettrico può generare segnali errati (aggiungendo o diminuendo il numero degli elettroni); tale disturbo è chiamato rumore di acquisizione (readout noise). Infine è praticamente impossibile costruire in maniera assolutamente identica i singoli sensori: esistono infatti sia variazioni di sensibilità che inducono alterazioni radiometriche, sia irregolarità geometriche che provocano variazioni dimensionali dei singoli pixel e aree di acquisizione del segnale non perfettamente uniformi. Il CCD non converte le informazioni analogiche nel loro equivalente digitale. La carica elettrica generata dal chip rappresenta ancora un segnale analogico, che

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varia con continuità al variare dell'intensità della luce registrata. Esso viene convertito in forma digitale da un apposito convertitore e il modo in cui questa conversione viene eseguita ha un peso determinante per valutare poi la qualità dell'immagine acquisita. Uno scanner, normalmente, può acquisire una immagine nelle seguenti modalità: • L'informazione radiometrica relativa a ciascun pixel viene convertita in una

informazione di tipo binaria (on/off o bianco / nero) e può essere memorizzata utilizzando un solo bit della memoria ( 1 o 0). Se il valore radiometrico è compreso tra il bianco e il 50% di grigio assume il valore "on" o 1 (bianco), se è maggiore del 50% di grigio assume il valore "off" o 0 (nero) come si vede nella Fig. 64.

Fig. 64 - modalità bianco / nero

• L'informazione radiometrica di ciascun pixel non viene semplicemente tradotta in un valore on /off ma in un valore di luminosità o livello di grigio. Quanto maggiore è il numero dei livelli di grigio, tanto più naturale e meglio definita risulterà l'immagine.

Gli scanner a livello di grigio e il relativo software variano in funzione della quantità di informazioni memorizzate per ciascun pixel. Se si utilizzano 4 bit per pixel, si avrà un'immagine digitale su 16 toni di grigio (con 0 = nero e 15 = bianco); se i bit per pixel saranno 8 (1 byte), si avrà un'immagine digitale su 256 toni di grigio (con 0 = nero e 255 = bianco); questa definizione di livelli di grigio supera ampiamente la possibilità di discriminazione dell’occhio umano. L'informazione radiometrica di ciascun pixel viene convertita in varie combinazioni di colori. Utilizzando 24 bit (3 byte) si possono memorizzare i tre colori fondamentali RGB (rosso, verde e blu) su tre piani distinti e l'immagine si chiama "true color"; si possono definire in questo modo circa 16 milioni di colori. Se si utilizzano 8 bit si potrà memorizzare un numero compreso tra 0 e 255 che rappresenterà l'indice di una tabella ("palette") in cui si troveranno le tre componenti RGB di quel colore (rosso, verde e blu). Nella tabella seguente è riportato il numero dei colori acquisibili da uno scanner in funzione della memoria occupata:

numero di bit numero di colori modalità 1 2 colori (bianco/nero) bianco/nero 4 16 (= 24) livelli di grigio livelli di grigio 8 256 (= 28) livelli di grigio livelli di grigio 8 256 colori scelti con una palette predefinita color indexed 24 16.777.216 (= 224) colori true color

Al solito però, maggiore è l'informazione radiometrica e maggiore sarà la quantità di dati da memorizzare; un’immagine di dimensione 21 x 29.7 cm (formato A4) occuperà le seguenti porzioni di memoria:

risoluzione [d.p.i.]

dimensione del file dati a 1 bit [Mb]



400 1,9 7,5 15 1200 17 68 136

50% nero

bianco 1 0


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Il sistema di coordinate immagine ha l’origine spostata di mezzo pixel all’esterno della matrice immagine (vedi Fig. 65). Se si moltiplica l’indice i per ∆ξ (lato del pixel) si ottiene la coordinata immagine ξ del centro del pixel. Analogamente, moltiplicando l’indice j per ∆η (lato del pixel) si ottiene la coordinata immagine η. Le coordinate di un pixel sono rappresentate quindi dall’indice i di riga e dall’indice j di colonna.

Fig. 65 - sistema di coordinate immagine

Gli scanner sono suddivisibili in tre classi: tipo formato risoluzione utilizzo amatoriali A4 - A3 300 - 1200 d.p.i. desktop publishing (DTP) fotogrammetrici 26 x 26 cm 1200 - 4096 d.p.i. fotogrammi aerei cartografici > 60 x 90 cm 400 - 1200 d.p.i. cartografia tradizionale

Gli scanner DTP (DeskTop Publishing) sono stati sviluppati per applicazioni totalmente differenti da quelle cartografiche. In ogni caso, sin dalla loro nascita, hanno costituito la fetta di mercato più consistente. Gli scanner DTP sono usualmente piani ("flatbed scanners"), di formato A4 o A3 e dotati di una fila di sensori CCD. La loro risoluzione geometrica migliora costantemente ed esistono oggi degli scanner capaci di acquisire ad una risoluzione di 1200 d.p.i. con risoluzione radiometrica di 1 o 3 byte. Gli scanner DTP possono essere collegati a diverse piattaforme hardware (PC, workstation, ecc.) e sono dotati di software per la gestione del processo di acquisizione, per l'elaborazione e l'editing delle immagini e del colore. Il maggiore svantaggio degli scanner DTP è rappresentato dall'insufficiente risoluzione geometrica, causata principalmente da errori e instabilità del posizionamento meccanico, la distorsione del sistema di lenti e la carenza dei software che gestiscono la calibrazione geometrica dello strumento.

Fig. 66 - schema di uno scanner DTP

η

ξ

j

i

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Gli scanner fotogrammetrici sono prodotti da aziende già operanti nel settore fotogrammetrico. Hanno generalmente un'altissima risoluzione geometrica e un'elevata accuratezza (2 ÷ 5 µm); talvolta sono dotati di un software per l'orientamento interno che consente l'acquisizione direttamente in "coordinate lastra ". Il formato di acquisizione varia da circa 24 x 24 cm al formato A4, con risoluzione radiometrica variabile da 1 a 3 byte. I tempi di acquisizione sono generalmente abbastanza lunghi (variano tra i 15 e i 45 minuti per una risoluzione geometrica di 15 µm); tali prestazioni possono essere notevolmente migliorate con l'utilizzazione di schede real-time in grado di lavorare con file compressi (per esempio con formati di compressione JPEG). I sensori CCD possono essere a elemento singolo, a linea, a matrice quadrata. Gli svantaggi sono relativi all'elevato costo e alle modalità di utilizzazione e di impiego del software di gestione, che non risultano sempre semplici. La tabella seguente elenca i principali scanner fotogrammetrici esistenti oggi (1999) sul mercato:

modello sensore movimento risoluzione

max bit max per pixel

PS1 Zeiss CCD lineare piano 7,5 µm 8 Vexcel VX 3000 CCD matrice piano 10 µm 24 DSW 100 Helava CCD matrice piano 13 µm 24 Rollei RS1-C CCD matrice piano 7,8 x 5,3 µm 8

Gli scanner cartografici sono generalmente a tamburo rotante ("drum scanners") e proprio a causa della rotazione e del meccanismo di trascinamento del supporto durante l'acquisizione, presentano un'accuratezza geometrica peggiore degli scanner piani. La dimensione dei documenti da scandire variano dal formato A0 al formato A1. Questi scanner possono avere elevate risoluzioni radiometriche, ma spesso non sono in grado di acquisire diapositive o negativi. La loro principale applicazione è quella di acquisire cartografia, molto più raramente pellicola.

Fig. 67 - schema di uno scanner cartografico

La generazione di un file di tipo raster è di solito compiuta in modo del tutto automatico dallo scanner; l'unica cura dell'operatore è quella di specificare la risoluzione di scansione e il tipo di informazione che si vuole ottenere (b/n, livelli di grigio o colore). La maggior parte dei software di elaborazione di immagini in commercio offrono all'operatore strumenti di tale potenza da sollevarlo dalla conoscenza diretta e intima del formato del file su cui lavora. Saltuariamente nell’utilizzo dei file raster, può rendersi necessario quel tanto di conoscenza del loro formato interno da permetterne una loro lettura e scrittura diretta.


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La principale operazione che richiede la lettura e scrittura di un file raster è il cosiddetto ricampionamento, che consiste nella ridefinizione della posizione planimetrica di ciascun pixel all’interno del file e spesso anche al calcolo del valore associato con tecniche di interpolazione. Molti sono gli standard di formato attualmente usati; ne ricordiamo alcuni: • TIFF: è il formato più diffuso e il suo nome è l'acronimo di Tagged Image File

Format, nome che deriva dalla struttura a "tags" (etichette) con cui vengono organizzate le informazioni; affinchè il file TIFF venga riconosciuto come tale dai più diffusi software di elaborazione delle immagini, deve avere l'estensione "xxxx.TIF";

• BITMAP: ha una struttura dei dati molto più semplice di quella dei file TIF; le informazioni sono memorizzate in forma sequenziale, in posizioni e occupazioni fisse. L’immagine è organizzata in un’unica matrice (una sola strip). E’ il formato più usato per la rappresentazione di immagini a video. Affinché un file BITMAP venga riconosciuto come tale dai più diffusi software di elaborazione di immagini, deve avere l'estensione “xxxx.BMP”.

Elaborazione di un file immagine Come esempio di elaborazione di un file raster, acquisito e generato con uno scanner cartografico, vediamo l’applicazione di un particolare algoritmo denominato vettorizzazione. Si intende con vettorizzazione l'operazione di trasformazione di un file immagine di tipo raster in un file di tipo vettoriale, nel quale cioè la geometria sia espressa da polyline descritte da coordinate.Per comprendere meglio il significato di questa operazione, si osservino le figure seguenti:

Fig. 68 - immagine raster e vettoriale

La figura di sinistra rappresenta un estratto di un file TIF in formato bianco/nero ottenuto tramite scansione di una mappa di curve di livello. Tutta la superficie della figura (comprese le parti bianche) è suddivisa in pixel delle dimensioni del più piccolo dei quadratini neri. Ciascuno di questi pixel è portatore di un informazione posizionale (indice di riga, indice di colonna) e di un’informazione radiometrica (bianco o nero). Le righe grigie sovrapposte ai pixel sono il risultato della vettorizzazione; l’immagine di destra rappresenta il contenuto del file vettorizzato, costituito da un certo numero di polyline descritte dalle coordinate X,Y dei loro nodi. La ‘grossolanità’ di queste curve di livello è solo dovuta al forte ingrandimento dell’immagine, necessario per poter visualizzare i pixel. E’ evidente il vantaggio ottenuto dalla trasformazione del formato raster in quello vettoriale: il file da

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gestire si riduce enormemente di dimensioni in quanto tutte le informazioni ridondanti vengono scartate. Questa tecnica inoltre rende estremamente più veloci le operazioni di digitalizzazione di cartografia preesistente; il tempo necessario per acquisire una mappa con un digitizer tradizionale rilevando le polyline punto per punto può essere anche di parecchie ore se non giorni; con questa tecnica, invece, i tempi si riducono drasticamente. Per un foglio medio di cartografia si possono ipotizzare le seguenti fasi e tempi: scansione della mappa tramite uno scanner cartografico: 10 minuti vettorizzazione (fase batch senza intervento umano): 20 minuti eventuale attribuzione di codifiche alle polylines: (per esempio la quota delle curve di livello)

1 ora

Si da un’indicazione di massima dell’algoritmo di vettorizzazione, rimandando alla letteratura specializzata uno studio più approfondito. Si riprenda in esame il file TIF visto in precedenza:

Fig. 69 - schema di vettorizzazione di una immagine raster

A partire da una generica posizione sulla matrice raster viene definita una maschera di ricerca (quadrato tratteggiato) di dimensioni variabili in funzione del previsto spessore delle linee da vettorizzare. Le dimensioni della maschera potranno essere pari a tre volte lo spessore delle linee, come schematizzato nella figura seguente:

Fig. 70 - maschera di ricerca

La procedura di vettorizzazione si svolge secondo le seguenti fasi:

1. la maschera viene spostata sulla matrice di base finché la sua cella centrale non contiene un pixel nero

2. la maschera viene fatta muovere in modo che il pixel individuato occupi successivamente tutte le caselle possibili

1 pixel 2 pixel 3 pixel

matrice raster: i pixel neri sono bit a 0 i pixel bianchi sono bit a 1

maschera di ricerca

pixel baricentrico


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3. tra tutte le posizioni assunte durante l’operazione precedente, si sceglie quella che contiene il maggior numero di pixel neri; tale posizione verrà denominata ‘posizione 0’

4. si calcolano le coordinate X,Y del baricentro dei pixel neri catturati nella "posizione 0"

5. tutti i pixel neri contenuti dalla maschera nella "posizione 0" vengono ‘sbiancati’ (il loro valore viene portato da 0 a 1)

6. si posiziona la maschera il modo che la sua casella centrale sia occupata dal pixel ‘virtuale’ le cui coordinate sono state appena calcolate

7. si ritorna al punto 2 Si continua questa sequenza di operazioni fino a che la maschera non raggiunge una posizione nella quale non siano contenuti pixel neri. A questo punto l’estrazione della polyline è terminata. La maschera viene riposizionata all’inizio della matrice alla ricerca di altri pixel neri. L’operazione di vettorizzazione ha termine quando tutti i pixel della matrice sono stati cambiati nel valore 1 (bianco). Su tutte le polyline generate è ancora necessario eseguire un’operazione di ‘pulizia’ dei nodi inutili. La figura seguente illustra il principio secondo cui tale operazione sarà eseguita:

Fig. 71 - polyline generata in fase di vettorizzazione

La procedura di eliminazione dei nodi inutili è la seguente (con riferimento alla Fig. 71): • si considera la retta passante per i punti 1 e 3 e si calcola la distanza che il

punto 2 ha da tale retta; se la distanza calcolata è minore di una certa tolleranza prefissata allora il punto 2 sarà eliminato (caso illustrato nella Fig. 71);

• si considera la retta passante per i punti 1 e 4 e si calcola la distanza che il punto 3 ha da tale retta; se tale distanza è maggiore della tolleranza, il punto 3 sarà conservato;

• con lo stesso criterio si passerà alla retta passante per i punti 3 e 5; il punto 4 sarà conservato;

• si passa quindi alla retta 4-6; il punto 5 sarà eliminato; …… • il procedimento continuerà fino all'esaurimento di tutti i punti della polyline Il risultato finale dopo lo sfoltimento dei punti inutili sarà il seguente:

1

2

3 4

5

67

8

9

10

1

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Fig. 72 - polyline sfoltita dei punti inutili

Per evitare interruzioni di linee dovute o a evanescenza del tratto sul documento originale o a difetti dell’algoritmo di vettorizzazione, è necessario procedere anche al collegamento automatico o "fusione" di quelle polyline che hanno fra loro l'inizio e/o la fine più vicine di una certa tolleranza stabilita a priori (un valore ragionevole potrebbe essere 1 mm grafico).

1

3 4

7 8

10

1

5. Editing cartografico

E’ una fase essenziale del processo produttivo della cartografia numerica quale che sia l’origine dei dati, sia cioè che la cartografia venga realizzata con metodo topografico classico, o per restituzione numerica diretta o per digitalizzazione.

Nella descrizione delle principali fasi in cui si articola l'editing cartografico faremo riferimento, soprattutto, alla cartografia numerica prodotta per restituzione fotogrammetrica diretta. Tutti gli strumenti fotogrammetrici analitici sono dotati di software che permette l’esecuzione dell'editing "in linea" cioè attivabile durante la fase di restituzione. Ricordiamo i principali sistemi fotogrammetrici:

produttore restitutore analitico software GALILEO SISCAM DIGICART 40 MACROS - PLUS LEICA SD 2000/3000 PC - PRO 600 ZEISS Planicomp P3 P - CAP

L’editing di una cartografia numerica può essere anche eseguito "fuori linea" impegnando cioè una strumentazione indipendente dal restitutore fotogrammetrico chiamata stazione grafica, di costo decisamente inferiore al restitutore stesso. La configurazione hardware minimale di una stazione grafica dedicata all'editing è costituita da: • un calcolatore dotato di sufficiente memoria di massa; • un video grafico a colori di alta risoluzione; • una tavoletta grafica o un digimetro; Il software di gestione deve essere particolarmente dedicato ai problemi di tipo cartografico, data la loro estrema specificità. Galileo Siscam, produttore del Digicart 40, propone il software G.P.M. (General Purpose Mapping). L'editing cartografico sui dati della restituzione numerica diretta deve permettere l'esecuzione di tutte quelle operazioni di: • correzione di errori grossolani commessi in fase di restituzione; • ricostruzione delle congruenze geometriche delle entità rappresentate; • inserimento di dati aggiuntivi quali la toponomastica o elementi di vestizione

cartografica. Per meglio chiarire il significato delle funzioni sopra ricordate, diciamo che l'editing sui dati della restituzione numerica deve permettere la realizzazione di tutte quelle operazioni di correzione e di integrazione dei dati che nella cartografia tradizionale sono attuate nella fase di ridisegno finale a partire dalla "minuta di restituzione". Il disegnatore cartografico quando esegue il disegno finale della carta si preoccupa infatti di:

rilievo diretto fotogrammetrico digitalizzazione

editing

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• dare la stessa veste grafica alle entità che provengono sia dalla restituzione che dalla ricognizione;

• nei limiti dell'errore di graficismo ricostruirà la continuità geometrica di entità a sviluppo lineare (ad esempio darà continuità ad un bordo stradale restituito con due segmenti consecutivi che non si toccano per meno di 0,2 mm);

• saprà valutare se rappresentare come perfettamente rettangolari poligoni che sulla minuta di restituzione lo sono solo approssimativamente;

• saprà valutare se rappresentare come parallele linee che sulla minuta di restituzione lo sono solo approssimativamente;

• deciderà se spezzate aperte debbano essere effettivamente tali o se lo siano solo per un errore di restituzione;

ecc. L'operatore che esegue l'editing di una cartografia numerica con una stazione grafica dovrà effettuare operazioni analoghe utilizzando, al posto della penna, gli strumenti informatici disponibili. L'operatore dovrà esplorare sistematicamente tutto quanto viene visualizzato sullo schermo e se trova degli errori o delle incongruenze, dovrà provvedere alla loro correzione, selezionando sul menu, che normalmente appare in una zona riservata dello schermo, l'apposita funzione; il software di gestione dovrà guidare l'operatore nell'esecuzione di tutte le operazioni di correzione e alla successiva memorizzazione dell'archivio corretto. Le principali funzioni che un software di editing di cartografia numerica deve prevedere sono le seguenti: • correzione di errori grossolani commessi in fase di acquisizione; nella

maggior parte dei casi sono dovuti o a errori di codifica delle entità o a mancata fine di una entità;

• inserimento dei dati della ricognizione o di aggiornamento; i dati della ricognizione sono normalmente riportati manualmente su una copia della cartografia numerica disegnata al plotter. Se il riporto della ricognizione è fatto a misura, sarà possibile la digitalizzazione delle correzioni e se invece il riporto è riferito e quotato a particolari planimetrici, si dovranno utilizzare le funzioni proprie dell’editing;

• inserimento della toponomastica. La toponomastica non dovrà interferire, sovrapponendosi, con le entità importanti della cartografia numerica. La funzione di editing dovrà permettere l'inserimento della stringa alfa-numerica che definisce il toponimo e anche il suo corretto posizionamento planimetrico.

Normalmente l'editing viene eseguito su una porzione limitata del file cartografico per esigenze di buona visibilità degli elementi rappresentati. La finestra grafica è una finestra ritagliata nel file cartografico disegnata alla scala imposta dall’operatore.

Fig. 73 - finestra grafica sul file cartografico

immagine del file cartografico

finestra grafica

Editing cartografico

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CATTURA DI UNA ENTITÀ E’ una delle operazioni più frequenti da eseguire poiché molte funzioni di editing agiscono sulle singole entità costituenti la cartografia numerica. Per cattura di una entità (un punto, una spezzata, un'area) si intende l'operazione mediante la quale si rintraccia nell'archivio dei dati la sequenza "codice più coordinate" dei punti che descrivono l'entità rappresentata sul video. Per velocizzare la ricerca delle entità, in fase di gestione della cartografia numerica, è necessario memorizzare nel "file di descrizione" (vedi par. 9) le coordinate minime e massime del rettangolo circoscritto all'elemento.

Fig. 74 - rettangolo circoscritto alle entità

Con riferimento alla Fig. 74, con A si indica il punto che ha coordinate minime (Xmin, Ymin) e con B il punto che ha coordinate massime (Xmax, Ymax). La cattura dell'entità, all'interno del file di cartografia numerica, su cui eseguire le operazioni di editing avviene in genere con una procedura che valuta la "prossimità" dell'entità stessa rispetto al puntatore associato al mouse; se questa prossimità risulterà inferiore ad una certa tolleranza di cattura (valore numerico definibile dall'operatore) si sarà "catturata" l'entità.Le coordinate minime e massime del rettangolo circoscritto all'entità saranno utilizzate dal software per diminuire il tempo di ricerca. L'operazione di cattura avviene utilizzando le informazioni "grafiche" fornite dall'operatore che si limita a posizionare il puntatore associato al mouse in prossimità dell'entità da catturare. Le coordinate del puntatore (coordinate schermo) sono definite dai due valori numerici interi che corrispondono alla posizione del pixel che lo rappresenta sul video-grafico; se ad esempio il video ha una risoluzione di 1280x1024 punti, la x sarà compresa tra 0 e 1280 e la y tra 0 e 1024. Queste coordinate schermo (x, y) saranno automaticamente trasformate in coordinate cartografiche tenendo conto del fattore di scala della rappresentazione sul video.

E = x ⋅ scala N = y ⋅ scala

Le operazioni eseguite dal software di cattura sono le seguenti: • posizionare il puntatore del mouse in un punto del video prossimo all'entità da

catturare; • calcolare la distanza di questo punto (in coordinate E, N) con tutti i vertici e

con tutti i lati della prima entità contenuta nel "file descrizione"; • verificare che la distanza calcolata sia inferiore alla tolleranza di cattura; • se è maggiore si dovrà ripetere tutta la sequenza di calcolo con l'entità

successiva contenuta nel file descrizione, fino al ritrovamento. Per eseguire questa ricerca, il software dovrà esaminare sequenzialmente tutto il file descrizione della cartografia numerica che si sta elaborando. Se il file è grande, il tempo di cattura può diventare operativamente inaccettabile.

B

A

B

A

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Utilizzando invece le coordinate minime e massime del rettangolo circoscritto a ciascuna entità, questo tempo di ricerca può essere drasticamente ridotto. Infatti, come si vede in Fig. 75 il ciclo di ricerca dell'entità, all'interno dell'intero file di descrizione, è suddiviso in due parti: prima di procedere al calcolo di tutte le distanze del puntatore con tutti i vertici e poi con tutti i lati dell'entità in esame, si verifica che lo stesso puntatore sia interno al rettangolo circoscritto; se la verifica sarà negativa (puntatore esterno), si passerà immediatamente ad esaminare l'entità successiva, risparmiando quindi il tempo di calcolo di tutte le distanze.

Fig. 75 - procedura di ricerca ottimizzata

Il rettangolo che circoscrive l'entità deve essere maggiorato della tolleranza di cattura per evitare casi particolari di mancata cattura. Se ad esempio, con riferimento alla Fig. 76, si posiziona il puntatore del mouse in prossimità di un vertice tangente al rettangolo circoscritto (non maggiorato della tolleranza di cattura), l'algoritmo di ricerca descritto nel diagramma di flusso di Fig. 75 darebbe risultato negativo.

Fig. 76 - rettangolo circoscritto all'entità

leggi un record del file descrizione

il puntatore del mouse è interno al rettangolo circoscritto ?

calcola la distanza del puntatore con tutti i vertici dell’entità selezionata

calcola la distanza del puntatore con tutti i lati dell'entità selezionata

hai trovato una distanza minore della tolleranza di cattura ?

si entità catturata

si

no

no

hai trovato una distanza minore della tolleranza di cattura ?

si

no

entità catturata

B

A

tolleranza di cattura


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PRINCIPALI FUNZIONI DI EDITING Le principali funzioni di un software di editing per la cartografia numerica sono generalm,ente comuni ai vari ambienti di elaborazione del dato cartografico. Nel seguito, si descrivono alcune funzioni principali.

Zoom Consente di cambiare la scala di rappresentazione di una porzione, definita dall’operatore, della cartografia visualizzata (ingrandimento o riduzione). Sull’immagine ingrandita o ridotta sarà possibile eseguire degli interventi di editing. Alcuni sistemi consento l’ingrandimento di una porzione prefissata della finestra grafica senza modificare lo zoom attivo della stessa (funzione di blow-up). Sull’immagine ingrandita non sarà possibile eseguire l'editing ma servirà solamente ad una migliore lettura della carta.

Fig. 77 - funzione di blow-up

La funzione di zoom cambia le dimensioni e la scala della zona visualizzata. La finestra di zoom è identificata introducendo con il mouse due vertici opposti del rettangolo che si intende ingrandire. Su molti sistemi dopo l’introduzione del primo punto, tenendo premuto il tasto del mouse e trascinandolo, si ha una visualizzazione dinamica della zona da ingrandire: quando questa corrisponde a quella desiderata, viene introdotto il secondo punto. La definizione dell’area di zoom modifica il rapporto di scala tra coordinate video e coordinate del file grafico (vedi par. 15.1.).

Repaint Questa funzione ridisegna il contenuto del video esattamente con lo stesso rapporto di scala; può essere utile nel caso in cui ripetute operazioni di editing con cancellazioni abbiano alterato la qualità di rappresentazione dell’immagine sul video.

Display Funzione di ridisegno dell’intera area corrispondente al file grafico alla massima scala di rappresentazione ammessa dalla finestra grafica.

Spostamento Questa funzione permette di spostare, a parità di scala, la zona visualizzata; richiede due punti: il primo seleziona il punto di riferimento per lo spostamento, il secondo da la posizione in cui sarà traslato:

Fig. 78 - funzione di spostamento dell'immagine

Inquiry Sotto questo nome è compresa una serie di funzioni di interrogazione che permettono di estrarre dal file grafico o dalle sue singole entità componenti delle informazioni di carattere geometrico, logico o grafico quali ad esempio:

P1

P2

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• le coordinate di un punto; • tutti i vertici di un’entità; • la distanza tra due punti, qualsiasi o catturati; • lo sviluppo lineare di una polyline; • il perimetro e l’area di un'entità chiusa; • le coordinate di massimo ingombro di un’entità; • le coordinate di massimo ingombro dell’intero file; • la distanza di un punto da una retta; • il codice di un'entità; • il livello, penna o altra categoria di appartenenza di un entità; • tutte le entità appartenenti a una certa categoria (livello, penna,...) sull’intero

file o su porzioni di esso definite dall’utente; • lista dei livelli attivi per il display, per l’editing o per l’inserimento di nuova

geometria; • lista dei colori attivi e della loro associazione alle categorie; • lista delle caratteristiche formali dei testi (spaziatura, inclinazione, font..); • lista dei parametri generali come: unità di misura, modalità di cattura dei

punti, formato di rappresentazione dei dati, passo delle griglie attive, nome e caratteristiche generali (dimensioni, precisione, ecc..) del file grafico in lavorazione.

L'entità, oggetto della funzione di inquiry, viene sempre evidenziata rendendola più brillante o pulsante nella sua rappresentazione grafica. Le informazioni estratte dalla funzione di inquiry vengono di norma visualizzate nella finestra del video predisposta per il dialogo; in alcuni casi esse possono anche essere memorizzate in particolari registri del sistema ed essere rese disponibili per successive elaborazioni oppure ancora essere registrate in un file di testo da richiamare successivamente o da elaborare fuori linea.

Cancellazione di entità Le funzioni di cancellazione di geometria nell'ambito di un file di cartografia numerica devono prevedere la possibilità di eliminare sia la singola entità che un semplice elemento geometrico. Il criterio di selezione dell'entità può essere di tipo puntuale o areale. Nella selezione di tipo puntuale l’operatore identifica con il mouse una o più entità o elementi geometrici (segmenti, punti, testi) a cui saranno applicate le funzioni di editing, nel caso specifico la cancellazione. Nel caso di entità la selezione può essere fatta, oltre che per mezzo del punto associato, anche tramite la codifica. Comunque venga fatta, la selezione è valida solo per quelle entità la cui categoria di appartenenza sia stata attivata per l’editing. La cancellazione con selezione di tipo areale può avvenire in due modi: • definendo un rettangolo mediante due vertici opposti; • definendo una poligonale chiusa con un numero qualsiasi di lati

(eventualmente anche con all’interno delle isole di esclusione). Una volta definita l’area di cancellazione (vedi Fig. 79) con una delle due precedenti modalità, l’eliminazione della geometria in essa contenuta può avvenire secondo i seguenti criteri:


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Fig. 79 - definizione dell'area di cancellazione

Quando la procedura di editing genera nuovi punti, ad esempio per l'esecuzione del taglio analitico della geometria con il rettangolo di cancellazione, è necessario verificare con quale criterio il sistema attribuisce la coordinata Z ai nuovi punti.

Modifica di entità Occorre distinguere tra modifiche degli attributi geometrici e modifiche degli attributi logici. Una volta selezionata l’entità da modificare, dal punto di vista geometrico si può intervenire con comandi di traslazione, rotazione e variazione di scala. Nelle figure seguenti, la geometria a tratto più marcato rappresenta l’oggetto selezionato. Il comando di traslazione richiede due punti; il punto P1 è l’origine della traslazione e il punto P2 la sua nuova posizione.

finestra di cancellazione

eliminazione dei segmenti che hanno entrambi gliestremi all’interno della finestra di cancellazione

eliminazione dei segmenti che ricadono anche solo parzialmente nella finestra di cancellazione

viene eseguito un taglio analitico della geometriacon il contorno della finestra

le funzioni di cancellazione per area possonooperare anche in modo complementare, eliminandocioè la geometria che sta al di fuori della finestra

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Fig. 80 - funzione di traslazione

Il comando di rotazione richiede un punto P1 che rappresenta il centro di rotazione e il valore dell’angolo. In alternativa l’angolo di rotazione può essere fornito individuando una direzione mediante due punti. Quest’ultima modalità può essere utile nel caso in cui si debbano allineare tra di loro più oggetti (per esempio fabbricati su di un fronte strada).

Fig. 81 - funzione di rotazione

Il comando di variazione di scala richiede un punto per la determinazione dell’origine e un valore di scala (fattore moltiplicativo); in alcuni sistemi tale fattore può essere indipendente per i due assi X,Y.

Fig. 82 - funzione di variazione di scala

Duplicazione Questo comando permette di duplicare l’oggetto selezionato in qualsivoglia posizione; può essere utile, ad esempio, per riempire un'area con una simbologia rappresentata appunto da un'entità base.

Trim Questa funzione effettua l’intersezione analitica tra due entità, ad esempio:

Fig. 83 - funzione di trim

12 12

3

1 2 1 2

3 4

1 21 2

A)

B)

C)

PP

PP

P P


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Nel caso A l’entità 1 viene prolungata fino a intersecare l’entità 2 che viene spezzata dando luogo a due nuove entità (2 e 3). Nel caso B l’intersezione tra le due entità originali genera quattro nuove entità aventi in comune il nodo centrale. Nel caso C le due entità vengono prolungate fino a incontrarsi.

Tracciamento della parametratura La parametratura è un reticolato, sovrapposto alla cartografia, formato da linee o crocicchi fra loro equidistanti, paralleli al sistema di riferimento cartesiano cartografico di rappresentazione e con valori interi delle coordinate. Nelle carte a media e grande scala l’equidistanza è di 10 cm carta.

Chiusura Consente la chiusura di una entità attraverso lo spostamento dell’ultimo punto sul primo punto dell'entità o l'aggiunta di un lato che congiunga l’ultimo punto con il primo.

Editing sulla toponomastica Queste funzioni consentono di inserire, di visualizzare e di modificare la toponomastica o altre scritte presenti nel file di cartografia numerica. La toponomastica si può considerare come elemento di "vestizione" della cartografia, è definita da un codice che permette di associare le caratteristiche formali quali l'altezza dei caratteri, la spaziatura il tipo di font, ecc. e da due punti, il primo è il punto di inizio e il secondo definisce l'angolo di inclinazione della stringa di caratteri. La coordinata Z associata a questi punti non è significativa e si può considerare nulla.

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6. Trasferimento dei dati

La cartografia numerica è un prodotto che deve essere progettato e verificato negli aspetti che riguardano sia il momento della nascita (produzione) che quello dalla sua utilizzazione (SIT). Questi due momenti hanno esigenze tecniche molto diverse tra loro e in alcuni casi anche contrastanti. Pensiamo al momento produttivo. Questa fase si deve realizzare in un ambiente che è abituato all'uso di una particolare strumentazione (ad esempio un restitutore fotogrammetrico analitico o digitale), è dotata di un software di gestione che è ben conosciuto dall'operatore. È naturale quindi che si cerchi, in tutti i modi, di utilizzare sempre le stesse procedure, si tenda cioè alla unificazione del processo produttivo a cui corrisponderà un formato di dati che sarà standard per l'ente di produzione e che possiamo chiamare "file di lavoro". Anche l'hardware destinato alla produzione di cartografia numerica deve avere delle caratteristiche tecniche adeguate a questa fase e cioè: computer equipaggiato con molta memoria centrale (RAM), non necessariamente deve avere una grande velocità di calcolo perché comunque l'elaborazione è legata ai tempi di esplorazione del modello stereoscopico da parte dell'operatore. Le esigenze tecniche in fase di utilizzazione della cartografia numerica (SIT) si differenziano nettamente dalle precedenti perché, come già detto nel paragrafo 2.8, il software è ampiamente diversificato, si passa dai sistemi di "fascia alta" a quelli di "fascia media" e ai "desktop" (vedi par. 2.8) e il formato dei dati, che possiamo chiamare "file di gestione", sarà legato al tipo di software installato. L'hardware dovrà avere caratteristiche tecniche sufficienti per soddisfare le esigenze del software installato; in generale si avrà la necessità di una grande memoria di massa (hard disk) e di una grande velocità di elaborazione. Il mondo della produzione è legato al "file di lavoro" (quello attualmente più usato in Italia è il MACROS DCT del Digicart 40), e non potrà quindi comunicare direttamente con il mondo della gestione che è legato invece al "file di gestione". Sarà necessario prevedere un'interfaccia di comunicazione dei dati che si espliciterà in un formato intermedio chiamato "file di trasferimento".

Fig. 84 - schema del flusso dei dati

Facendo una breve panoramica sulla situazione di utilizzo della cartografia numerica inserita nel Sistema Informativo Territoriale si vede che:

• il Catasto italiano utilizza come strumento di gestione delle proprie

informazioni cartografiche il software GINIS della Sysdeco e come standard dei file cartografici, il formato "proprietario" DST anch'esso della Sysdeco;

file di lavoro

file di gestione di tipo A

Interfaccia di comunicazione dei dati

file di gestione di tipo B

file di gestione di tipo C

Capitolo 6

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• le Regioni Valle D'Aosta, Piemonte, Lombardia, Trentino Alto Adige, Emilia Romagna, Toscana, Umbria, Abruzzi, Molise, Lazio, Marche, Basilicata, Sardegna, Sicilia, e circa il 30% delle Provincie e alcuni Comuni (dati aggiornati all'anno 1999), utilizzano il software Arc-Info della ESRI;

• la Regione Liguria, molte Province e Comuni (tra cui: Provincia di Genova, Comune di Genova, Torino, Varese, Palermo, Trieste ecc.), molti Enti come IGM, CIGA, AGIP, Snam Progetti, ACI, Touring Club Italiano, Istituto DeAgostini, CSI Piemonte, e molte aziende distributrici di servizi utilizzano il software MGE di INTERGRAPH;

• molti Comuni utilizzano software di fascia media quali AutoCAD Map, GeoGraphics, GeoMedia Pro o desktop come ad esempio World, GeoOutlook, ArcView, GeoMedia, Mapinfo;

• altri Enti territoriali utilizzano oltre ai software già menzionati anche altri più specifici per la gestione delle reti tecnologiche come ad esempio SICAD della Siemens.

Esiste quindi anche il problema di comunicazione tra i vari Enti territoriali che utilizzano sistemi basati su logiche e strutture differenti (vedi in Fig. 84 non esiste una comunicazione diretta tra i file di gestione di tipo A - B - C - ecc.). Il file di gestione della cartografia numerica è stato certamente organizzato, da ciascun Ente, secondo le esigenze del proprio software di gestione. La comunicazione tra i diversi Enti non potrà avvenire in modo diretto, ma sempre attraverso l'interfaccia di comunicazione dei dati chiamata "file di trasferimento. Ad esempio: • l’IGM dovrebbe acquisire la cartografia prodotta dalle Regioni e fornire la

propria a tutti gli Enti territoriali; • le Regioni dovrebbero acquisire la cartografia prodotta dai Comuni e dalle

Province e fornire la propria a tutti gli Enti territoriali; • i Comuni dovrebbero acquisire la cartografia catastale e, per alcuni tematismi,

quella Regionale; • le Aziende Servizi dovrebbero acquisire la cartografia comunale e del

Catasto. La comunicazione tra tutti questi Enti Territoriali potrà avvenire solo definendo un formato dei dati “neutro” che consenta la comunicazione delle informazioni tra i vari sistemi. Non è possibile definire uno standard di gestione generalizzato che tenga conto di tutte le logiche di utilizzo dei vari sistemi ma si devono invece definire delle semplici "regole di trasferimento" dei dati. L’architettura dei dati del sistema di gestione può essere soggetta anche al vincolo della riservatezza industriale e, normalmente, ogni utilizzatore conosce bene solo la struttura dati del sistema su cui opera. La comunicazione tra i vari sistemi potrà avvenire quindi solo tramite l’interfaccia di un file di trasferimento nel quale i dati siano organizzati in modo neutro, indipendente dal software di gestione. La struttura del file di trasferimento presenta, normalmente, diverse possibili articolazioni dei dati che consentono di trasferire dati di complessità diversa. Questa flessibilità del sistema di trasferimento, in grado di accogliere dati che vanno da strutture estremamente semplici a strutture più complesse, si paga, normalmente, con una dilatazione del file di trasferimento che occupa sempre molta più memoria rispetto ai file originali. Il file di trasferimento dovrebbe essere sempre autodocumentato, cioè dovrebbe contenere tutte le informazioni che consentono di ricostruire il significato dei dati contenuti.

Trasferimento dei dati

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In Italia non sono stati prodotti strutture di file di trasferimento universalmente accettati o comunque certificati a livello nazionale. L’IGM ha adottato come formato del file di trasferimento il "DIGEST" (Digital Geographic Information Exchange Standard), elaborato a livello europeo dal Digital Geographic Information Working Group. Questo gruppo di lavoro è coordinato strettamente con l'ISO/TC211 - geographic information/geomatics, altro organismo internazionale, nato nel 1994 in ambito civile, che detta norme sulle informazioni geografiche. DIGEST nasce in ambiente militare (in particolare tra le nazioni della NATO) ed ha come scopo la possibilità dello scambio di informazioni geografiche, raster e vettoriali; può trasferire informazioni cartografiche organizzate con struttura topologica o non topologica; la prima versione (2.0) risale al 1997 e l'attuale permette anche diverse forme di compressione dei dati. Attualmente è disponibile (per l'uso militare) una cartografia del mondo in scala 1:1.000.000 su 4 CD-ROMS contenenti circa 1.500 Mb di dati organizzati su 10 livelli diversi di informazione; si tratta del primo esempio di un insieme di dati geografici che si riferiscono al mondo intero. Una cartografia equivalente alla precedente, ma in scala 1:250.000 (su 234 CD-ROMS), sarà presto disponibile. DIGEST rappresenta un ponte di collegamento tra le informazioni cartografiche gestite in ambito militare e quelle di uso più strettamente civile. Il Dipartimento del Territorio (Catasto) e molte Regioni hanno adottato come formato di trasferimento il sistema britannico NTF (National Transfer Format) realizzato dall’“Ordnance Survey”. Le principali caratteristiche di questo formato neutro sono: • rappresentare compiutamente tutte le tipologie geometriche di una carta, e

cioè gli elementi puntuali, i simboli, le linee, le entità areali, i testi, ecc.. • descrivere tutte le connessioni logiche e topologiche tra le varie entità, siano

esse primitive geometriche di base od oggetti a livello di aggregazione più elevato;

• essere organizzato per livelli o strati in modo da poter selezionare e estrarre di volta in volta solo le informazioni che interessano per un certo tipo di applicazione;

• essere autoconsistente, cioè contenere in sé tutte le informazioni necessarie alla propria interpretazione (natura, formato e lunghezza di ciascun campo che contiene il dato);

• essere in un formato interpretabile da qualsiasi elaboratore e direttamente visualizzabile o stampabile senza conversioni (formato carattere, ASCII o EBCD);

• avere la massima diffusione possibile, non solo a livello nazionale; • dare garanzie di continuità nel tempo, cioè di essere tenuto continuamente

aggiornato e documentato in funzione dei progressi e dei nuovi prodotti ottenuti nel campo della cartografia numerica.

Capitolo 6

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L'NTF prevede 5 diversi livelli possibili di trasferimento della struttura dei dati:

TRASFERIMENTO DATI RASTER livello 0 dati del tutto disaggregati, di tipo “raster” ai quali non viene associata alcuna

caratteristica qualitativa. TRASFERIMENTO DATI VETTORIALI livello 1 dati non strutturati cui è associato un attributo descrittivo scelto fra un numero

limitato di attributi. Possono essere trasferiti 3 tipi di entità: punti, linee, testi Livello 2 dati non strutturati (punti, linee, testi) ma che definiscono entità cui devono essere

associati molti attributi come: riservatezza del dato, metodo di acquisizione, data di modifica, ecc... ogni dato può essere autodocumentato associandogli informazioni sul significato e sulla provenienza

livello 3 dati con strutturazione topologica complessa. Tutti i record contengono in forma esplicita le informazioni topologiche necessarie per realizzare tutte le connessioni tra dati geometrici e codifiche.

livello 4 dati con struttura topologica per trasferire i quali bisogna fare riferimento a particolari funzioni di un data base definito appositamente

Per il trasferimento dei dati del Catasto Geometrico è stato scelto il livello 2 di NTF, livello che non trasferisce la topologia. Questa scelta, a nostro parere infelice, fa si che la cartografia numerica, così come viene attualmente ceduta dal Catasto agli altri enti territoriali, non possa essere direttamente utilizzabile in un SIT perché manca dell'informazione essenziale cioè la topologia. La giustificazione addotta per la scelta del livello 2 di NTF è che, per l'epoca, (siamo nel 1989) si pensava ad un trasferimento di dati valido per Enti "senza una cultura informatica evoluta" e la gestione era limitata alla pura "rappresentazione" (disegno) del dato cartografico. Nel documento di progetto si diceva anche che: "una scelta in questo senso non esclude comunque che nel futuro possa essere adottato, con pochi cambiamenti di impostazione, uno standard di livello superiore, qualora innovazioni nei sistemi di gestione o nuove esigenze, espresse da Enti utilizzatori di cartografia numerica, lo rendessero necessario". L'evoluzione tecnica e culturale è avvenuta in tempi rapidissimi ma il livello di trasferimento dei dati catastali è rimasto quello originale, carente di una parte essenziale per la cartografia numerica e che costringe gli utilizzatori a pesanti lavori di ricostruzione della topologia delle particelle.

7. CAPITOLATI PER CARTOGRAFIA NUMERICA

La cartografia tradizionale o numerica è un prodotto che solo in apparenza è un semplice disegno grafico o una descrizione numerica del territorio. Le competenze tecniche necessarie per portare a buon fine l’intero processo produttivo cartografico sono molteplici; basti pensare che le fasi principali di costruzione di una cartografia numerica sono le seguenti:

• ripresa fotogrammetrica; • determinazione dei punti di appoggio sul terreno; • triangolazione aerea; • restituzione tradizionale o numerica; • ricognizione sul terreno; • editing grafico e alfanumerico; • allestimento dei file di trasferimento.

Queste particolari competenze sono accentuate dal fatto che oggi, la cartografia numerica è la base dei più complessi Sistemi Informativi Territoriali (SIT). Troppo spesso si assiste alla nascita di iniziative cartografiche che possiamo benevolmente definire improvvisate o ingenue che portano solamente ad uno spreco di risorse economiche. Per evitare questi spiacevoli inconvenienti è necessario che tutto il processo di produzione di una cartografia sia normato in un documento che si chiama CAPITOLATO. Questo problema è stato affrontato e risolto brillantemente fin dal 1973 dalla Commissione Geodetica Italiana che ha prodotto una guida per la stesura di capitolati di cartografia tradizionale alle varie scale. Queste norme sono di aiuto agli amministratori pubblici nelle scelte che devono effettuare relative al rilievo, al collaudo e alla conduzione dei lavori fotogrammetrici. Come metodo di rilievo si considera solo quello fotogrammetrico perché, senza dubbio, è l’unica tecnica di rilievo da prendere in considerazione per grandi estensioni di territorio. Naturalmente l’evoluzione tecnologica avvenuta in questi anni consente la variazione, in senso migliorativo, di alcuni parametri, come la precisione, che sono lì indicati. A questo documento di base trovano ispirazione la maggior parte dei capitolati di cartografia scritti in questi anni.

CAPITOLATO PER CARTOGRAFIA NUMERICA IN SCALA 1:5000 E 1:10000 In premessa il capitolato deve indicare il tipo di carta da produrre (numerica, digitalizzata o al tratto) e il metodo di produzione (normalmente quello fotogrammetrico per la cartografia numerica e quella al tratto). Nel caso di cartografia numerica si dovrà specificare anche se dal modello stereoscopico del terreno si dovranno rilevare direttamente solo due coordinate (Est e Nord) di tutti i punti restituiti o anche la quota (Est, Nord, Quota). Al capitolato deve essere allegata la perimetrazione della zona da rilevare, riportata su cartografia ufficiale a scala più piccola (IGM o tecnica Regionale), indicando anche il numero degli ettari previsti. All’atto dell’assegnazione dei lavori il Committente nominerà un Direttore dei Lavori e un Collaudatore in corso d’opera.

Capitolo 7

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Sistema di coordinate e taglio dei fogli La proiezione cartografica adottata è quella di GAUSS con le coordinate planimetriche Est e Nord riferite al sistema nazionale GAUSS - BOAGA (ellissoide internazionale orientato a Roma M. Mario). Ogni foglio in scala 1: 10000 è denominato “sezione” ed è contraddistinto da un nome di località (toponimo più significativo) e da un numero di 6 cifre del tipo xxxyyz dove:

• le prime 3 (xxx da 001 a 652) designano il foglio alla scala 1:50.000 di appartenenza;

• le due seguenti (yy da 01 a 16), indicano dove si trova la sezione nell’ambito del foglio

• la sesta cifra è sempre zero

Fig. 85 – taglio ufficiale dei fogli che definiscono le sezioni

Ogni sezione è limitata dalle trasformate di due paralleli con una differenza di latitudine ∆ϕ = 3’ e dalle trasformate di due meridiani aventi una differenza di longitudine ∆λ = 5’. Ogni sezione rappresenta quindi la sedicesima parte di un foglio in scala 1:50.000 del sistema di riferimento unificato europeo (UTM - ED50). Ogni foglio al 5.000 è denominato “elemento” ed è ottenuto dividendo in quattro parti una sezione in scala 1:10.000. La denominazione dell’elemento è dato da un nome di località (toponimo più significativo) e dal numero della sezione alla quale appartiene ed in cui la sesta cifra varia da 1 a 4 (vedi Fig. 86).

Fig. 86 – Taglio ufficiale dei fogli che definiscono gli elementi

123

03 04 02 01

08 06 07 05

12 11 10 09

16 15

12’

9’

6’

3’

20’ 15’ 10’

14 13

5’ 0’

sezione 123080

3’

1’ 30”

2’ 30” 5’ 0’

4 1

3 2

elemento 123131

13

Capitolati per cartografia numerica

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In ogni foglio in scala 1:50.000 sono comprese quindi 64 elementi in scala 1:5.000 ciascuno delimitato dalle trasformate di due paralleli con una differenza di latitudine ∆ϕ = 1’ 30” e dalle trasformate di due meridiani aventi una differenza di longitudine ∆λ = 2’ 30”.

Tolleranza planimetrica e altimetrica L’errore massimo ammissibile (tolleranza) nella definizione planimetrica di punti ben individuati sulla cartografia e sul terreno deve essere al massimo pari a 0.4 mm sulla carta. Indicando con ∆x e ∆y le differenze tra le coordinate planimetriche di un punto lette sulla carta o memorizzate e quelle dello stesso punto determinate con operazioni topografiche di sufficiente precisione si dovrà sempre verificare: per la scala 1:10.000 ∆ ∆x y m2 2 4+ ≤ per la scala 1:5.000 ∆ ∆x y m2 2 2+ ≤

L’errore massimo (tolleranza) della distanza d misurata sulla carta fra due punti ben individuati e la corrispondente D misurata con operazioni topografiche di sufficiente precisione sarà pari a: per la scala 1:10.000

|d - D| ≤ (4 m + d/1.000) |d - D| = 5.6 m

quando d ≤ 1.600 m quando d > 1.600 m

per la scala 1:5.000 |d - D| ≤ (2 m + d/1.000) |d - D| = 2.8 m

quando d ≤ 800 m quando d > 800 m

L’altimetria del territorio deve essere rappresentata sia mediante curve di livello che mediante punti quotati. Le curve di livello devono avere equidistanza pari ad un millesimo del denominatore della scala della carta. Una curva ogni 5 deve essere contraddistinta da un segno o codifica particolare (curva direttrice). E’ previsto anche l’uso di curve di livello “ausiliarie” (con equidistanza pari alla metà di quella delle curve di livello ordinarie) per la descrizione di particolari morfologici come cocuzzoli, selle ecc.. che non risultassero sufficientemente descritti dalle curve di livello ordinarie o per la descrizione altimetrica di zone pianeggianti (pendenza media ≤ 5%). Le curve di livello non si tracciano nei centri urbani e quando la pendenza del terreno è ≤ 1%; in tal caso si quadruplica il numero dei punti quotati. I punti quotati devono essere in media 4 per ogni decimetro quadrato di cartografia. Essi dovranno essere localizzati in corrispondenza di elementi del terreno altimetricamente ben definiti (cocuzzoli, selle, argini, incroci stradali, piazze, sagrati, aie di cascinali isolati, ponti, dighe, ecc..) L’errore massimo (tolleranza th) di cui può essere affetta la quota di un punto ben localizzato ed individuabile sul terreno (punto quotato), messo in evidenza con misure topografiche di adeguata precisione, è pari a:

per la scala 1:10.000 th = 1.8 m per la scala 1:5.000 th = 1.2 m

La tolleranza altimetrica delle curve di livello in terreno scoperto è pari a:

per la scala 1:10.000 tcl = 3.5 m per la scala 1:5.000 tcl = 2.2 m

Capitolo 7

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Ripresa fotogrammetrica La camera da presa fotogrammetrica è disposta su un aereo. L’intervallo di tempo tra uno scatto e il successivo è tale per cui ogni punto del terreno viene ripreso su almeno due fotogrammi consecutivi. Il ricoprimento longitudinale deve essere almeno del 60% (vedi Fig. 6.3).

Fig. 87 – schema di una ripresa fotogrammetrica

dove: p = distanza principale della camera (150 mm) H = quota relativa di volo b = base di presa l = larghezza del fotogramma (23 cm) L = abbracciamento del fotogramma

La scala media del fotogramma (1/n) è definita dalla relazione:

Hp

Ll

n==1

La scala media dei fotogrammi deve essere stabilita in relazione alla scala della carta da costruire tenendo conto sia delle esigenze tecniche, sia di quelle economiche produttive. In particolare per le scale in esame saranno:

scala della carta scala media dei fotogrammi 1:10.000 1:20.000 1:5.000 1:15.000

H

32 1

strisciata con ricoprimentolongitudinale del 60%

1° modello

2° modellod ll

p b

l

L

asse di volo


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Il ricoprimento trasversale (rt) tra strisciate deve essere compreso tra il 10% e il 20% (vedi Fig. 88):

Fig. 88 – ricoprimento trasversale tra strisciate contigue

La rettifica della camera fotogrammetrica dovrà essere verificabile da un certificato di taratura di data non anteriore a 4 anni. Da tale certificato si dovranno desumere:

• la distanza principale; • le coordinate del punto principale; • la distanza tra le marche fiduciali; • la distorsione media dell’obbiettivo determinata sulle due diagonali (deve

essere sempre minore di ± 0,01 mm). I principali parametri della ripresa fotogrammetrica sono i seguenti:

dati di una ripresa aerea

1: 5.000 1: 10.000

quota relativa di volo H 2.200 m 3.000 m scala media dei fotogrammi 1/n 15.000 20.000 abbracciamento di un fotogramma L 3.500 m 4.600 m superficie terreno di un fotogramma 1.200 ha 2.100 ha ricoprimento longitudinale (di norma) 60% ± 5% 60% ± 5% base di presa b 1.400 m 1.850 m ricoprimento trasversale minimo rt 10% - 20% 10% - 20% interasse tra strisciate adiacenti i 2.800 m 3.700 m intervallo di scatto medio 14 s 18 s superficie di un modello 735 ha 1.270 ha superficie utile di un modello (75%) 550 ha 950 ha fotogrammi necessari per coprire 100 km2 35 15

Le norme da seguire per la corretta esecuzione di un volo fotogrammetrico sono le seguenti:

• i voli dovranno essere eseguiti per strisciate parallele, rettilinee e a quota costante;

• le variazioni angolari di orientamento fra fotogrammi contigui dovranno sempre essere inferiori a 5g;

• le variazioni della componente trasversale (by) della base di presa non deve superare i 2/10 (4.6 cm) del formato del fotogramma (23 x 23 cm2) (vedi Fig. 89)

i

L rt

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Fig. 89 – componente trasversale della presa

• i valori degli angoli di orientamento dei fotogrammi (ϕ,ω,k) non devono

superare i 5g (vedi Fig. 90):

Fig. 90 – schema di presa

• Il piano di volo deve essere preparato su una cartografia almeno in scala

1:25.000 e sottoposto all’approvazione preventiva del Direttore dei lavori; • in nessun punto della ripresa si dovrà verificare discontinuità nella copertura

stereoscopica; • i voli devono essere eseguiti nelle ore a cavallo del mezzogiorno solare e nella

stagione in cui si abbia una minima copertura del terreno da parte della vegetazione arborea: la data di effettuazione del volo deve essere compresa fra il 1 ottobre e il 15 novembre, oppure fra il 15 febbraio e il 31 maggio. In ogni caso l'altezza dei raggi solari non deve essere inferiore a 30° sessagesimali;

• i fotogrammi dovranno presentarsi nitidi e privi di nubi; • si dovrà utilizzare una pellicola con le migliori caratteristiche di qualità,

indeformabilità, sensibilità e finezza della grana. Si dovrà dimostrare che la pellicola utilizzata non è scaduta e che è stata conservata nelle prescritte condizioni ambientali, che è stata sviluppata ed asciugata secondo le norme tecniche suggerite dalla casa produttrice;

• dovranno essere assolti tutti gli obblighi di legge circa le autorizzazioni di competenza civile e militare;

• dovranno essere consegnati i seguenti elaborati: 1. una diapositiva e una copia positiva su carta ottenuta per stampa a contatto

di tutti i fotogrammi del volo recante sul retro gli estremi dell’autorizzazione all’uso rilasciata dall’Autorità militare;

2. grafico di volo in scala 1:25.000 delle strisciate eseguite ove siano ben evidenziati i ricoprimenti dei fotogrammi;

3. copia del certificato di taratura della camera da presa; 4. documenti comprovanti la qualità del materiale fotografico utilizzato e la

data di scadenza.

by n + 1

n

k

ϕ

ωC X

Y

Z


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Determinazione dei punti di appoggio L'inquadramento geodetico della carta viene derivato dalle reti geodetiche nazionali, in modo da garantire, nei limiti del possibile, la congruenza con i sistemi cartografici nazionali (IGM e Catasto), pur salvaguardando la rigorosa correttezza metrica della carta prodotta. Pertanto le reti locali di raffittimento plano - altimetriche devono essere rigidamente vincolate alle suddette reti nazionali. Scopo delle reti di raffittimento è quello di consentire, mediante operazioni di triangolazione aerea o di ulteriori misure dirette sul terreno, l'orientamento assoluto dei modelli stereoscopici, ossia l'appoggio sul terreno. I vertici e i capisaldi delle reti di raffittimento devono essere ben individuabili sul terreno, su manufatti preesistenti o appositamente realizzati, che ne garantiscano la durata nel tempo. La rete di inquadramento planimetrico:

• è costituita da tutti i vertici delle reti geodetiche dell'IGM del I, II e III ordine e dai vertici catastali di rete e sottorete presenti nella zona da rilevare e nelle sue immediate adiacenze;

• la Ditta appaltatrice deve provvedere alla raccolta dei dati sugli elementi geodetici preesistenti presso gli Enti cartografici competenti e alla verifica, mediante sopralluogo, del numero dei vertici tuttora esistenti e reperibili. Essa deve redigere un grafico alla scala 1:25000 dei vertici esistenti, indicandone il tipo e la provenienza mediante adeguati simboli grafici;

• la densità media dei vertici (rete IGM + raffittimento) deve essere di almeno un punto ogni 500 ha per la scala 1:5.000 con una distribuzione che deve tenere conto delle esigenze delle operazioni di triangolazione aerea;

• la Ditta appaltatrice deve redigere in proposito un progetto di rete, da sottoporre alla Direzione dei lavori per l'approvazione, sentito il Collaudatore;

• di ciascuno dei vertici della rete di raffittimento deve essere redatta una accurata monografia che ne consenta il sicuro ritrovamento;

• le operazioni di misura per il rilievo della rete di raffittimento locale devono essere condotte usando schemi operativi e strumenti moderni. E' consentito e auspicato l'uso di strumentazione di tipo GPS (Global Positioning System), sia per integrare misure di tipo tradizionale, sia per effettuare la determinazione dell'intera rete;

• la rete deve contenere misure in numero esuberante rispetto a quello minimo necessario per la determinazione delle coordinate di tutti i vertici. Tali misure esuberanti devono permettere controlli statisticamente validi;

• le operazioni di calcolo e compensazione delle coordinate planimetriche (E,N) dei vertici della rete di raffittimento locale devono essere eseguite in un unico blocco, con procedimenti rigorosi ai minimi quadrati;

• lo s.q.m. delle coordinate di ciascun vertice, quale risulta dal calcolo di compensazione della rete, deve essere:

scala 1:5.000 scala 1:10.000

0,4 m 0,8 m

La rete di inquadramento altimetrico: • è costituita da tutti i capisaldi delle linee di livellazione geometrica della rete

nazionale di alta precisione dell'IGM o delle linee di livellazione di precisione, istituite da altri enti, che attraversano la zona, purché collegate alla rete nazionale;

• la Ditta deve redigere un grafico alla scala 1:25.000 dei capisaldi esistenti, indicandone il tipo e la provenienza mediante adeguati simboli grafici; qualora nessuna linea di livellazione geometrica attraversi il territorio ma passi nelle

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vicinanze, deve istituirsi un collegamento che permetta di derivare le quote assolute del rilievo.

• In caso di eccessiva lontananza da linee di livellazione geometrica le quote del rilievo possono essere derivate dal valore ottenuto come media delle quote dei vertici della rete di triangolazione dell'IGM o di altre reti esistenti nella zona, previa verifica dei dislivelli reciproci;

• la rete altimetrica di raffittimento deve portare a una densità media dei capisaldi di quota nota pari a un punto ogni 100 ha (per la scala 1:5.000). La rete di raffittimento altimetrico locale deve costituire una rete intrinsecamente determinata con misure sovrabbondanti, in numero tale da consentire controlli statisticamente validi;

• i capisaldi della rete di raffittimento altimetrico locale devono essere localizzati e segnalizzati su strutture stabili e facilmente accessibili, oppure materializzati con elementi appositamente costruiti, tali da garantirne la durata nel tempo. Di ciascuno deve essere redatta accurata monografia;

• le operazioni di misura devono essere compiute con strumentazioni moderne e secondo schemi geometrici controllati. E' consentito l'uso di strumentazione di tipo GPS (Global Positioning System) con i seguenti accorgimenti:

o per poter ricavare i dislivelli ortometrici per mezzo delle misure di dislivelli ellissoidici con GPS, è necessario disporre di un buon modello locale del geoide, ad esempio ITALGEO95, o uno migliore da specificare alla direzione lavori; detto modello deve essere localizzato in maniera che le discrepanze tra le altezze ellissoidiche corrette dell’ondulazione del geoide e quelle ortometriche siano inferiori in tutti i casi a 10 cm. Ove ciò non avvenga, la Ditta prenderà accordi con la DL, sentito il CL.

o È necessario, comunque, che almeno il 15% dei vertici della rete GPS sia fornito di quota geoidica determinata con livellazione geometrica, oltre che di quota ellissoidica, per effettuare una corretta localizzazione del geoide e consentire verifiche.

• la rete di raffittimento altimetrico locale deve essere compensata globalmente, includendovi tutti i capisaldi presenti in zona, con metodi rigorosi ai minimi quadrati;

• il numero minimo di capisaldi di inquadramento è 3; • le quote di tutti i capisaldi preesistenti, quali risultano dalle monografie,

vengono considerate fisse; • lo s.q.m. delle quote di ogni caposaldo di nuova determinazione, quale risulta

dalla compensazione intrinseca ai minimi quadrati, deve essere:

scala 1:5.000 scala 1:10.000 0,2 m 0,3 m

Dovranno essere consegnati i seguenti elaborati:

i. grafici alla scala 1:25.000 dei vertici o capisaldi di inquadramento esistenti e delle reti di raffittimento eseguite per la planimetria e per l'altimetria, con l'indicazione degli schemi delle misure eseguite;

ii. monografie descrittive di tutti i punti delle reti suddette, comprendenti anche le coordinate compensate dei punti stessi;

iii. descrizione degli schemi operativi eseguiti, della strumentazione adoperata, del calendario delle operazioni;

iv. schemi di calcolo, descrizione dei programmi utilizzati e calcoli eseguiti, con allegati i tabulati di output originali del calcolatore, opportunamente commentati.


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In particolare per la rete di raffittimento planimetrico devono essere evidenziate le coordinate compensate e i relativi scarti quadratici medi (o, in alternativa, i parametri delle ellissi di errore o la loro rappresentazione grafica). Analoga documentazione deve essere prodotta per la compensazione della rete di raffittimento altimetrico.

Triangolazione aerea I punti di appoggio necessari per l'orientamento dei modelli stereoscopici vengono determinati con la tecnica della triangolazione aerea (T.A.). Deve essere privilegiato lo schema del blocco di strisciate di forma regolare. Sono da evitare, per quanto possibile, le strisciate isolate, nonché strisciate singole prolungate a sbalzo per oltre tre modelli. La Ditta deve sottoporre alla D.L., per l'approvazione, un progetto di T.A. da cui risulti:

• lo schema dei fotogrammi utilizzati, derivandolo dal quadro d'unione del volo effettuato;

• l'indicazione dei punti delle reti plano - altimetriche di inquadramento e raffittimento da utilizzarsi;

• la strumentazione che si intende utilizzare per la misura delle coordinate modello;

• la descrizione del programma di compensazione; Ciascun modello deve essere collegato con i modelli adiacenti lungo la strisciata, mediante tre punti di legame longitudinale e con ciascuna delle strisciate adiacenti a quella di appartenenza, mediante almeno due punti di legame trasversale (vedi Fig. 91).

Fig. 91 – schema di triangolazione aerea

Di ciascun modello si osservano i 6 punti di legame longitudinale (A,N,B) e quelli di legame trasversale tra strisciate adiacenti (A o B) (vedi Fig. 91). Di norma i punti di

A

M

B

A

M

B

singolo modello

∗∗∗∗ ∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗

∗∗∗∗

∗∗∗∗

∗∗∗∗∗∗∗∗ ∗∗∗∗

∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗∗

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legame devono essere individuati in corrispondenza di particolari del terreno che siano ben visibili sui fotogrammi, che diano garanzia di stabilità e durata nel tempo e che consentano una buona collimazione stereoscopica plano - altimetrica. Di ciascuno dei punti prescelti deve essere eseguita una monografia, che ne garantisca l'inequivocabile individuazione sul terreno, se possibile, e in ogni caso sul modello stereoscopico. I punti delle reti plano - altimetriche di inquadramento e raffittimento, da utilizzarsi per il calcolo e la compensazione del blocco, devono essere, mediamente, così distribuiti:

• punti planimetrici: un punto in ogni modello di estremità delle strisciate, un punto ogni due modelli lungo le due strisciate di bordo, uno ogni 4 modelli lungo le altre strisciate;

• punti altimetrici: due punti in ogni modello di estremità delle strisciate, un punto ogni modello delle strisciate di bordo, uno ogni due modelli lungo le altre strisciate.

E' positivo se i punti suddetti cadono nelle zone di sovrapposizione fra strisciate: in questo caso vengono conteggiati due volte, al fine di stabilire le densità medie sopra indicate. Ovviamente i punti plano - altimetrici vengono conteggiati sia come planimetrici che come altimetrici. Per l'esecuzione delle osservazioni devono impiegarsi esclusivamente strumenti analitici o digitali, in grado di applicare ai singoli fotogrammi la correzione dello "stiramento del film". Prima dell'inizio delle osservazioni del blocco, la Ditta è tenuta a effettuare una calibrazione dello strumento, dandone preventiva comunicazione scritta alla D.L. Tale calibrazione, eseguita con reticoli di precisione, deve essere documentata e, a richiesta della D.L., può essere assoggettata a verifica da parte del Collaudatore. Per il calcolo e la compensazione del blocco devono essere impiegati programmi di calcolo basati su metodi rigorosi "a modelli indipendenti" o "a stelle di direzioni" (bundles), noti e ampiamente sperimentati. La Ditta deve fornire, a richiesta, la più ampia documentazione sul programma utilizzato e sui tabulati da esso prodotti. Il procedimento di calcolo e compensazione deve fornire tabulati a stampa contenenti almeno i seguenti elementi:

• elenco dei punti di appoggio del blocco, e relative coordinate; • elenco dei punti di appoggio eliminati nel corso dei calcoli, per eccesso di

discrepanze; • scarti, in coordinate modello o terreno, in corrispondenza dei punti di

concatenamento longitudinale (fra modelli consecutivi della stessa strisciata) e trasversale (fra strisciate adiacenti);

• scarti quadratici medi (e.q.m.) dei punti osservati in più modelli e discrepanze sui punti di appoggio;

• coordinate terreno dei punti di concatenamento e di appoggio, modello per modello;

• descrizione e statistica generali del blocco: n. di punti osservati, di modelli e di strisciate, pesi adottati per i diversi tipi di punti, valori quadratici medi degli scarti e delle discrepanze.

Per i punti di concatenamento si potranno calcolare gli scarti tra le coordinate ottenute dal calcolo di T.A. e quelle degli stessi ottenute con misure topografiche dirette. Per i punti di appoggio si potranno calcolare le discrepanze tra le coordinate ottenute dal calcolo di T.A. e quelle note a priori degli stessi.


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Questi scarti dovranno rispettare i seguenti limiti:

scala 1:5.000 scala 1:10.000 punti di concatenamento in planimetria ≤ ±0.6 m ≤ ±1.0 m in altimetria ≤ ±0.6 m ≤ ±1.0 m punti di appoggio in planimetria ≤ ±1.0 m ≤ ±2.0 m in altimetria ≤ ±0.8 m ≤ ±1.0 m

Al termine delle operazioni di T.A. deve essere consegnata una relazione tecnica contenente almeno:

1. lo schema dei fotogrammi costituenti il blocco e dei punti effettivamente utilizzati per l'appoggio dei modelli;

2. le monografie necessarie all'individuazione dei punti di concatenamento sui fotogrammi e sul terreno;

3. la descrizione della strumentazione usata per l'osservazione dei modelli e la documentazione relativa alle operazioni di calibrazione della stessa;

4. la descrizione dei calcoli di compensazione eseguiti, con particolare riguardo all'eliminazione eventuale di punti nei successivi passaggi;

5. i tabulati di calcolo finali.

Restituzione tradizionale e numerica Le operazioni di restituzione potranno iniziare solo dopo che tutte le fasi precedenti (ripresa fotogrammetrica, determinazione dei punti di appoggio, triangolazione aerea) avranno superato positivamente la fase di collaudo. Prima dell'inizio delle operazioni di restituzione, la Ditta deve presentare una relazione tecnica dettagliata, contenente i seguenti elementi:

• descrizione e specifiche tecniche dello strumento di restituzione (analogico digitalizzato, o analitico, o digitale);

• documentazione originale, non antecedente i 6 mesi, sullo stato di rettifica dello strumento.

• nel caso di restituzione digitale: documentazione sullo scanner di acquisizione delle immagini fotografiche;

• descrizione e caratteristiche tecniche dei sensori di posizione (encoder) e dei dispositivi di introduzione delle codifiche e di registrazione dei dati;

• descrizione dei sistemi di visualizzazione grafica (in linea e fuori linea) dei dati originali di restituzione;

• fac simile del tabulato "protocollo di restituzione”. La Ditta appaltatrice provvede autonomamente alla predisposizione del proprio sistema di stereorestituzione numerica, e comunica alla D.L.:

• le tabelle delle codifiche assegnate ai vari elementi da restituire. Le codifiche e la struttura dati prescelte possono anche non corrispondere a quelle richieste per i file finali di trasferimento, ma devono garantire almeno lo stesso contenuto informativo.

• le librerie dei simboli e delle linee usate per la rappresentazione grafica su video o plotter.

• i criteri per la memorizzazione delle curve di livello, e i relativi parametri, per garantire il rispetto delle tolleranze imposte

• l'eventuale suddivisione in più file degli elementi provenienti da uno stesso modello, e i criteri adottati.

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L'orientamento assoluto dei modelli dovrà essere eseguito con l'ausilio dell'elaboratore, per via analitica, con il metodo rigoroso dei minimi quadrati. Devono essere utilizzati, in prima istanza, tutti i punti di appoggio (planimetrici, altimetrici o plano - altimetrici), appartenenti alle reti di inquadramento e di raffittimento, nonché quelli determinati per mezzo della triangolazione aerea. Gli scarti massimi fra le coordinate note di un punto di appoggio e quelle ottenute per effetto dell'orientamento assoluto non devono superare:

scala 1:5.000 scala 1:10.000 in planimetria ± 1.5 m ± 2.0 m in quota ± 0.6 m ± 1.0 m

E' richiesta, per ogni modello, la stampa di un "protocollo di restituzione" che contenga:

• data di inizio della restituzione del modello; • nome dell'operatore; • numeri identificativi dei fotogrammi che compongono il modello; • parametri di orientamento interno, relativo e assoluto; • tabella degli scarti sui punti di appoggio, nelle 3 coordinate; • elenco degli eventuali punti eliminati.

Gli elementi di territorio, di origine naturale o artificiale, esistenti alla data della ripresa aerea, che devono essere presenti nella cartografia rilevata, sono quelli elencati nel "Repertorio degli elementi e delle entità” per le scale 1:5.000 e 1:10.000. E' fatto obbligo alla Ditta appaltatrice di eseguire la restituzione ex-novo, in forma numerica diretta. E' vietata tassativamente, pertanto, la digitalizzazione a posteriori della minuta di restituzione e, a maggior ragione, la digitalizzazione di cartografia preesistente di qualunque tipo. A ogni entità deve essere associata una codifica che la Ditta può definire in modo autonomo. In particolare, può procedere già in fase di restituzione alla codifica completa e conforme a quella richiesta per il file di trasferimento, oppure limitarsi a una precodifica da completare poi nelle successive fasi di editing interattivo. A ogni punto è associata e registrata, in questa fase, la tripletta delle coordinate fornite dal restitutore. Per consentire le operazioni di restituzione numerica, adeguati controlli di qualità e collaudi in corso d'opera, è opportuno che il sistema (hardware + software), di cui è dotato il restitutore, possieda almeno le seguenti funzionalità:

• visualizzazione (su video grafico) di ogni elemento memorizzato; • possibilità di zoom (ingrandimento/riduzione) dell'area circostante il punto

analizzato; • registrazione di un punto con le stesse coordinate di un punto già memorizzato; • annullamento dell'ultimo punto registrato; • annullamento dell'ultimo elemento registrato; • possibilità di visualizzare in continuo su video un cursore in posizione

corrispondente alla posizione della marca strumentale nell'area cartografata; • visualizzazione, su video o display, dei valori numerici istantanei delle tre

coordinate del punto collimato, nel sistema di riferimento cartografico ("coordinate terreno");

• chiusura automatica di linee chiuse, con identità di coordinate fra primo e ultimo punto della linea.

I file di restituzione costituiscono il risultato numerico della fase di restituzione. Sono strettamente connessi al particolare sistema utilizzato dalla Ditta e sono pertanto considerati file di lavoro della Ditta appaltatrice stessa. Essi non vengono assoggettati a particolari restrizioni per il formato dei record.


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A documentazione della restituzione deve essere prodotto un elaborato grafico costituito da un disegno automatico, mediante plotter, dei contenuti del file di restituzione. Non sono richiesti, per questo documento intermedio finalizzato soprattutto alla ricognizione, un particolare taglio né una qualità grafica raffinata. E' opportuno tuttavia che la simbologia adottata sia simile a quella prevista dal "Repertorio .." allo scopo di individuare ed eliminare, fin da questa fase, eventuali problemi di rappresentazione e di leggibilità della carta definitiva. Prima dell'inizio delle operazioni di restituzione, la Ditta deve consegnare una relazione tecnica di progetto. Al termine della restituzione, essa deve inoltre consegnare i "protocolli di restituzione" originali e gli elaborati grafici tracciati al plotter.

Ricognizione sul terreno La ricognizione sul terreno deve essere eseguita sistematicamente, a cura dell'Appaltatore, su tutta l'area restituita, allo scopo di correggere gli errori interpretativi, integrare metricamente e qualitativamente gli elementi incerti e arricchire le informazioni sulla toponomastica. Quale supporto per il riporto della ricognizione si utilizzeranno gli elaborati grafici (plottaggi) prodotti a documentazione della restituzione.Con segno grafico distinguibile e non coprente, si riporteranno manualmente, con la massima cura:

• le costruzioni sotterranee importanti di uso pubblico; • i risultati grafici del rilievo diretto sul terreno, a mezzo di operazioni topografiche

ordinarie, di precisione adeguata a quella della carta, di tutte le zone contornate come incerte in fase di restituzione, dei punti incerti e degli errori o carenze di restituzione individuati nel corso della ricognizione. Devono essere rilevati e riportati in carta gli elementi, previsti nel "Repertorio", che non si sono potuti osservare sul modello stereoscopico. Deve essere ricostruita la continuità della viabilità minore (sentieri, mulattiere, ecc.);

• l'identificazione degli edifici pubblici, delle colture e delle essenze principali; • la classificazione delle strade; • gli elementi integrativi di toponomastica.

Nelle operazioni di rilievo di cui al punto precedente, devono essere registrati e conservati i valori numerici delle misure, o meglio, se disponibili (nel caso di rilievo con strumentazioni "total station"), quelli delle coordinate dei punti battuti, in modo che l'inserimento dei nuovi elementi nei file di restituzione avvenga in forma numerica, senza decadimento dell'originale precisione. E' consentito anche l'inserimento mediante digitalizzazione del documento grafico prodotto dalla ricognizione. Al termine della ricognizione, la Ditta deve consegnare una copia (eliografica o fotostatica) dei documenti grafici di ricognizione.

Editing grafico e alfanumerico L'editing grafico e alfanumerico deve consentire all'operatore di eseguire, sul file di restituzione, tutti gli interventi (modifiche, integrazioni, cancellazioni, ecc.) che nella produzione di cartografia tradizionale vengono abitualmente effettuati in fase di disegno finale, allo scopo di:

• tenere conto delle indicazioni del restitutista sulla minuta di restituzione (mediante segni grafici o espliciti messaggi);

• integrare la restituzione con le indicazioni provenienti dalla fase di ricognizione sul terreno o da altre fonti (correzione di errori di fotointerpretazione, integrazioni metriche delle zone defilate, introduzione della toponomastica);

• effettuare la ricostruzione delle congruenze grafiche o geometriche.

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La fase di editing si articolerà in quattro tipi di intervento sui dati del file di restituzione, e precisamente:

• interventi sulle codifiche, eventualmente provvisorie, delle entità restituite; • interventi di integrazione con i dati provenienti dalla ricognizione o da altra

fonte; • interventi per la ricostruzione delle congruenze geometriche o grafiche; • interventi per l'introduzione della toponomastica.

La Ditta deve comunicare alla D.L., prima dell'inizio della fase di editing, mediante una relazione tecnica dettagliata le caratteristiche dell'hardware e delle funzioni software con cui gli interventi verranno effettuati. Ai fini del controllo e dell'editing dei dati sul video grafico, è necessario che l'operatore possa disporre di dispositivi di pilotaggio diretto del cursore, tipo tavoletta grafica o mouse. Qualora, per l'introduzione dei dati integrativi e correttivi provenienti dalla ricognizione sul terreno, per l'acquisizione dei confini amministrativi, per l'inserimento della toponomastica, si utilizzino tavoli digitalizzatori, questi devono avere una precisione, su tutta l'area di lavoro, non inferiore a 0,1 mm e devono essere dotati di cursore adeguato alle precisioni richieste (spessore del reticolo, assenza di parallasse, ecc.). Deve essere effettuato il completamento di ogni codice che non sia stato impostato in maniera completa in fase di restituzione. Devono essere inoltre eseguiti tutti i controlli finalizzati ad accertare che ogni elemento geometrico e ogni entità siano contraddistinti da un codice di "tipo", conforme a quello previsto nel "Repertorio..." Le integrazioni geometriche derivanti dalle operazioni di ricognizione devono essere inserite nell'archivio dei dati introducendo direttamente le coordinate plano-altimetriche dei punti rilevati, calcolate a seguito delle misure eseguite o direttamente registrate dalla "total station". E' consentito tuttavia, per piccole integrazioni e correzioni locali, riferite a elementi restituiti per via fotogrammetrica, l'inserimento mediante digitalizzazione. In questa fase si deve anche prevedere la ricostruzione delle congruenze geometriche sul file di restituzione mediante programmi "batch" o procedure grafiche interattive, finalizzate a:

• modificare, se del caso, le posizioni dei vertici di una spezzata, allo scopo di rendere perfettamente rettangolari angoli che non sono rigorosamente tali. Ciò si verifica in particolare nella rappresentazione dei contorni dei fabbricati;

• prolungare un segmento, allo scopo di ottenere l'intersezione perfetta con un altro segmento assai prossimo alla sua estremità. Analogamente, accorciare il segmento se esso risulta lievemente prolungato oltre l'intersezione stessa. Esempio: muro di cinta o siepe che si intesta sul muro perimetrale di un edificio;

• rendere rigorosamente allineati i vertici di una spezzata, quando essi sono assai prossimi a una retta interpolatrice. E' il caso, ad esempio, di allineamenti sul fronte strada di edifici a schiera;

• rendere rigorosamente parallele linee che lo sono quasi. Esempio: bordi strada, marciapiedi, fasci di binari, aiole spartitraffico, etc.

Sui dati altimetrici devono essere effettuate le seguenti verifiche:

• che, per le entità il cui codice corrisponda a "edifici" e "manufatti tecnici", esista un punto quotato (quota media di gronda) interno al perimetro (centroide);

• che i valori delle quote dei punti quotati, compresi fra due curve di livello consecutive, siano congruenti con le quote delle curve stesse. Le quote relative ai punti per i quali non risulteranno soddisfatte le condizioni sopra esposte,


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verranno controllate ed eventualmente corrette con procedure di editing e, se necessario, con verifiche e integrazioni sul modello stereoscopico.

Gli interventi di ortogonalizzazione geometrica verranno effettuati sugli elementi geometrici costituenti le entità "fabbricati e manufatti tecnici", e su quelli indicati specificatamente dalla D.L. Gli interventi di modifica delle coordinate dei punti di una o più spezzate, relative a una o più entità di restituzione, volti alla realizzazione di allineamenti e/o parallelismi secondo direzioni obbligate, verranno effettuati per gli elementi artificiali (binari, strade, marciapiedi, ecc.) che abitualmente subiscono tale operazione di rettifica in fase di disegno nella cartografia tradizionale. Qualsiasi sia l'algoritmo utilizzato per la determinazione delle nuove coordinate che devono assumere i vertici delle spezzate originarie per costituire spezzate soddisfacenti alle condizioni di ortogonalizzazione, parallelismo e/o allineamento, sia di tipo grafico che geometrico, l'intervento non deve essere effettuato qualora gli spostamenti dei vertici dalla posizione originaria alla posizione finale siano superiori alla tolleranza planimetrica della carta. L'archivio dei dati della cartografia numerica deve essere integrato dai dati numerici e alfanumerici provenienti dall'inserimento della toponomastica. I dati riguardanti la toponomastica devono essere memorizzati con tutti gli elementi che consentano di ottenere un elaborato grafico al plotter o su video avente, per quanto attiene il posizionamento delle scritte, le stesse caratteristiche generali della cartografia classica alla scala 1:5000 - 1:10.000. In particolare:

• le scritte riferite a linee con andamento tortuoso (esempio: corsi d'acqua) devono seguire l'andamento medio di tali linee;

• le scritte relative ai nomi delle vie devono seguire l'andamento dell'asse mediano e, possibilmente, essere collocate all'interno della sede stradale;

• non devono risultare scritte sovrapposte ad altre scritte o a particolari cartografici rilevanti.

Deve essere possibile visualizzare contemporaneamente sia il disegno fotogrammetrico, sia i toponimi apposti.

Allestimento dei file di trasferimento I dati numerici costituenti la carta numerica del territorio rilevato sono suddivisi in file, che rispecchieranno il taglio dei fogli (sezioni o elementi). Pertanto ad ogni foglio competeranno più file, contenenti ciascuno le informazioni indicate nel seguito, afferenti all'elemento stesso. Il foglio rappresenta perciò una "finestra" ottenuta, sui file di restituzione eventualmente sottoposti a fusione ("merge") di più modelli, mediante un taglio netto di tipo analitico. In altri termini, fra due elementi adiacenti non devono esistere incongruenze geometriche di nessun tipo. Le aree chiuse a cavallo dei bordi devono essere riconosciute ancora come aree chiuse, con attribuzione al segmento di bordo del codice di "linea invisibile". In tal caso, per le entità "edifici" e "manufatti tecnici", il punto quotato di "quota media di gronda" deve comparire su entrambe le porzioni di edificio, con lo stesso valore numerico di detta quota. Le linee terminano rigorosamente sul bordo, con generazione analitica del relativo punto. Non è richiesta, per i punti di bordo generati, la determinazione della quota. Le stringhe alfanumeriche della toponomastica non devono risultare interrotte dal taglio dei fogli ma, di norma, vengono ripetute su entrambi i fogli adiacenti. Le quote appaiono, complete, nel solo foglio che contiene il punto quotato. Non sono ammessi i "fuori - cornice": porzioni anche minime del territorio da rilevare, che cadano al di fuori del foglio in oggetto, devono dar luogo alla formazione di un nuovo foglio e dei relativi file.

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Nel caso in cui il lavoro oggetto dell'appalto confini con altra cartografia numerica realizzata e collaudata in precedenza (ad esempio: altro lotto affidato ad altra Ditta, già consegnato e collaudato), è fatto obbligo che la congruenza geometrica dei bordi comuni venga realizzata con rigore a cura e responsabilità della Ditta esecutrice della cartografia più recente. Le coordinate planimetriche dei punti memorizzati sono espresse nel sistema nazionale Gauss-Boaga. Al duplice scopo di ridurre l'occupazione complessiva della memoria di massa e di consentire la gestione delle coordinate in semplice precisione, si deve provvedere al calcolo delle "coordinate di Gauss ridotte" ER,NR, con il procedimento descritto nel seguito:

• si consideri il "foglio IGM 1:50.000" cui appartiene il foglio di cartografia da trattare;

• dette EMIN, NMIN le coordinate E e N minime fra quelle che competono ai vertici di detto foglio, si calcolino le "coordinate origine" EOR, NOR, arrotondate al chilometro, mediante le formule (in linguaggio FORTRAN o BASIC):

EOR = INT(EMIN/1000.)*1000 NOR = INT(NMIN/1000.)*1000

(o equivalenti, se si utilizzano altri linguaggi). • le coordinate di Gauss di ogni punto della mappa vengono arrotondate al

mezzo metro (una sola cifra dopo il punto decimale, pari a 0 o a 5); • per ogni punto suddetto vengono calcolate le coordinate ridotte ER,NR,

sottraendo alle E,N i valori costanti EOR,NOR. Esempio: nel file di restituzione un punto abbia coordinate:

E = 1658216.42 N = 4892337.96

e per quell'elemento il Foglio IGM 1:50000 che lo contiene abbia EOR = 1653000. NOR = 4880000.

Si arrotonda E = 1658216.5 N = 4892338.0

e risulta infine ER = E - EOR = 5216.5 NR = N - NOR = 12338.0

Per ogni foglio di mappa saranno prodotti più file di trasferimento che dovranno essere dettagliatamente descritti. I file di trasferimento potrebbero essere ad esempio i seguenti:

1. file delle informazioni generali relative al foglio; 2. file delle coordinate dei vertici e dell'origine convenzionale; 3. file delle aree chiuse; 4. file degli archi che descrivono le aree chiuse; 5. file delle linee aperte; 6. file degli archi che descrivono le linee aperte 7. file delle entità puntuali; 8. file della toponomastica e delle quote delle curve di livello.

Tutti i file, di tipo sequenziale, devono essere memorizzati sul tipo di supporto indicato dalla D.L. In ogni caso i file devono essere costituiti da caratteri ASCII, visualizzabili e stampabili con comandi diretti tipo TYPE e PRINT. Allo scopo di documentare fedelmente i contenuti dei file di trasferimento, la Ditta produce, mediante plotter, il disegno del foglio a partire dai dati memorizzati nei file suddetti.


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Poiché il disegno deve essere l'immagine fedele dei dati memorizzati, nel "campo cartografato" sono tassativamente vietati interventi intermedi di editing grafico, nonché qualsiasi correzione o integrazione grafica manuale.

CAPITOLATO PER CARTOGRAFIA NUMERICA IN SCALA 1:1000 E 1:2000 Le norme generali viste prima per la costruzione della cartografia numerica in scala 1:5000 e 1:10000 valgono anche per la cartografia numerica in scala 1:2000 e 1:1000. Nel seguito vedremo solo alcune norme particolari per queste scale.

Sistema di coordinate e taglio dei fogli La cartografia in scala 1:2.000 è intesa come sottosistema della Cartografia Tecnica Regionale alla scala 1:10.000. Ogni foglio 1:2.000 è denominato "mappa". L'orientamento, le dimensioni, il taglio e il quadro di unione dei fogli di mappa sono quelli derivanti dalla divisione in 25 parti di una sezione della C.T.R. 1:10.000. Pertanto ogni mappa, contraddistinta da un titolo e da una numerazione, sarà delimitata dalle trasformate di due meridiani distanti 1' in longitudine e di due paralleli distanti 36" in latitudine. Il nome della mappa è costituito dal toponimo più significativo presente sulla mappa stessa. La numerazione è costituita da un codice alfanumerico di 7 caratteri, del tipo xxxyy0a, dove: xxx è il numero del foglio IGM 1:50.000 yy0 è il numero della sezione C.T.R. 1:10.000 a è la lettera dell'alfabeto che individua, nell'ambito della sezione, il

foglio di mappa 1:2.000, secondo lo schema che segue: [la lettera O è stata soppressa, poiché facilmente confusa con il numero 0 (zero)]

Fig. 92 – Sezione 1:10000 suddivisa in 25 mappe 1:2000

Anche la cartografia in scala 1:1.000 è intesa come sottosistema della Cartografia Tecnica Regionale alla scala 1:5.000. Ogni foglio in scala 1:1.000 è denominato "mappa". L'orientamento, le dimensioni, il taglio e il quadro di unione dei fogli di mappa sono quelli derivanti dalla divisione in 25 parti di un elemento della C.T.R. 1:5.000. Pertanto ogni mappa, contraddistinta da un titolo e da una numerazione, sarà delimitata dalle trasformate di due meridiani distanti 30” in longitudine e di due paralleli distanti 18" in latitudine. Il nome della mappa è costituito dal toponimo più significativo presente sulla mappa stessa. La numerazione è costituita da un codice alfanumerico di 7 caratteri, del tipo xxxyyya con lo stesso significato descritto prima:

Fig. 93 – Elemento 1:5000 suddiviso in 25 mappe 1:1000

EDCBA

JIHGF

PNMLK

UTSRQ

ZYXWV

A B C D E

F G I J

K L M N P

Q R S T U

V W X Y Z

H

Capitolo 7

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I valori numerici delle coordinate Gauss-Boaga, UTM e geografiche dei quattro vertici di ogni mappa saranno forniti dall'Ente committente. Saranno inoltre forniti, per ogni foglio, i parametri per la trasformazione delle coordinate di Gauss-Boaga in UTM e viceversa. La Ditta appaltatrice sottoporrà alla Direzione Lavori dell'Ente appaltante un facsimile, disegnato al plotter, della cornice e delle indicazioni a margine del foglio - tipo.

Tolleranza planimetrica e altimetrica Indicando con ∆x e ∆y le differenze tra le coordinate planimetriche di un punto lette sulla carta o memorizzate e quelle dello stesso punto determinate con operazioni topografiche di sufficiente precisione si dovrà sempre verificare: per la scala 1:2.000 myx 8,022 ≤∆+∆ per la scala 1:1.000 myx 4,022 ≤∆+∆

L’errore massimo (tolleranza) della distanza d misurata sulla carta fra due punti ben individuati e la corrispondente D misurata con operazioni topografiche di sufficiente precisione sarà pari a: per la scala 1:2.000

|d - D| ≤ (0,6 m + d/1.000) |d - D| = 1,2 m


per la scala 1:1.000 |d - D| ≤ (0,3 m + d/1.000) |d - D| = 0,6 m


Per quanto riguarda l’altimetria vale quanto già detto nel paragrafo inerente la cartografia a media scala. Per le scale in esame l’errore massimo (tolleranza th) di cui può essere affetta la quota di un punto ben localizzato ed individuabile sul terreno (punto quotato), messo in evidenza con misure topografiche di adeguata precisione, è pari a:

per la scala 1:2.000 th = 0,6 m per la scala 1:1.000 th = 0,3 m

Per le quote delle coperture degli edifici (gronda o colmo) valgono le seguenti tolleranze:

per la scala 1:2.000 th = 0,9 m per la scala 1:1.000 th = 0,5 m

La tolleranza altimetrica delle curve di livello in terreno scoperto è pari a:

per la scala 1:2.000 tcl = 1 m per la scala 1:1.000 tcl = 0,5 m

I punti quotati isolati dovranno essere in numero medio di 2 per ogni ettaro di territorio rilevato (ossia 8 per ogni decimetro quadrato di carta disegnata alla scala 1:2.000). I punti quotati isolati dovranno essere in numero medio di 8 per ogni ettaro di territorio rilevato (ossia 8 per ogni decimetro quadrato di carta disegnata alla scala 1:1.000).


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Ripresa fotogrammetrica La scala media dei fotogrammi deve essere stabilita in relazione alla scala della carta da costruire tenendo conto sia delle esigenze tecniche, sia di quelle economiche produttive. In particolare per le scale in esame saranno:

scala della carta scala media dei fotogrammi

ripresa con dispositivo antitrascinamento (F.M.C.)

1: 2.000 1: 8.000 ÷ 1: 8.500 1: 9.000 ÷ 1: 10.000 1: 1.000 1: 4.500 ÷ 1: 5.000 1: 5.500 ÷ 1: 6.000

I principali parametri della ripresa fotogrammetrica sono i seguenti:

dati di una ripresa aerea

1: 2.000 1: 1.000

quota relativa di volo H 1.200 m 750 m scala media dei fotogrammi 1/n 8.000 5.000 abbracciamento di un fotogramma L 1.840 m 1.150 m superficie terreno di un fotogramma 338 ha 132 ha ricoprimento longitudinale (di norma) 60% ± 5% 60% ± 5% base di presa b 736 m 460m ricoprimento trasversale minimo rt 10% - 20% 10% - 20% interasse tra strisciate adiacenti i 1.470 m 920 m intervallo di scatto medio 7 s 4,6 s superficie di un modello 203 ha 79 ha superficie utile di un modello (75%) 152 ha 59 ha fotogrammi necessari per coprire 100 km2 108 42

Determinazione dei punti di appoggio Valgono tutte le norme operative di rilievo e di calcolo già illustrate in 6.1.4. con l’unica avvertenza che la densità media dei vertici delle reti di raffittimento planimetrico e altimetrico sarà:

scala 1:2.000 scala 1:1.000 raffittimento planimetrico 1 punto ogni 500 ha 1 punto ogni 25 ha raffittimento altimetrico 1 punto ogni 100 ha 1 punto ogni 10 ha

con una distribuzione che dovrà tenere conto delle esigenze della triangolazione aerea.

Triangolazione aerea Le precisioni dei vertici di triangolazione aerea sono le seguenti:

scala 1:2.000 scala 1:1.000 punti di concatenamento in planimetria ≤ ±0.2 m ≤ ±0.15 m in altimetria ≤ ±0.2 m ≤ ±0.15 m punti di appoggio in planimetria ≤ ±0,4 m ≤ ±0.3 m in altimetria ≤ ±0.3 m ≤ ±0.2 m

Dispense di cartografia numerica - Corsi di Laurea a...

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