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Q U A D E R N I P E R L A P R O G E T T A Z I O N E

Gis e WebGis a confrontoCartografia applicata ai sistemi informativi territorialiESRI ArcGis® - MapInfo Professional® - Autodesk Autocad Map 3D® Quantum GIS - MapWindows GISContiene il software GeoRef per eseguire le operazioni di georeferenziazione sulle mappe

diFAUSTINO CETRARO

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INDICE GENERALE

Prefazione ......................................................................................... 13

CAPITOLO 1

ELEMENTI DI CARTOGRAFIA ........................................................ 15

1.1 Concetti generali sulla geodesia ................................................ 15

1.2 Esperienza di Eratostene .......................................................... 15

1.3 Esperienza di Posidonio ........................................................... 17

1.4 Appiattimento dei poli .............................................................. 17

1.5 Forma della Terra .................................................................... 19

1.6 Modelli di Geoide .................................................................... 21

1.7 Rappresentazione cartografica ................................................. 24

1.8 Proiezioni cartografiche ........................................................... 25

1.8.1 Proiezioni prospettiche orizzontali .................................. 25

1.8.2 Proiezioni di sviluppo .................................................... 26

1.8.2.1 Proiezione cilindrica equivalente di Lambert ................27

1.8.2.2 Proiezione cilindrica conforme di Mercatore ...............27

1.8.2.3 Proiezione conforme di Gauss – “Transverse Mercator” ..............................29

1.8.2.4 Proiezione UTM – “Universal Transverse Mercator” .....30

1.8.2.5 Proiezione cilindrica di Miller .....................................31

1.8.2.6 Proiezione cilindrica di Cassini ..................................32

1.8.2.7 Proiezione pseudocilindrica di Mollweide ...................32

1.8.2.8 Proiezione pseudocilindrica di Robinson .....................33

1.8.2.9 Proiezione pseudocilindrica di Sanson-Flamsteed ........34

1.8.2.10 Proiezione sinusoidale di Eckert IV .............................34

1.8.2.11 Proiezione Homolosine del Goode .............................35

1.8.2.12 Proiezione conica di Albers .......................................36

1.8.2.13 Proiezione conica modificata di Bonne .......................37

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4 GIS E WEBGIS A CONFRONTO

1.8.2.14 Proiezione conica conforme di Lambert .......................37

1.8.2.15 Proiezione policonica ................................................38

1.9 Classificazione delle carte .........................................................38

1.10 Coordinate geografiche ............................................................40

1.11 Sistema di coordinate di riferimento ..........................................40

1.11.1 European Datum 1950 (ED50) .......................................42

1.11.2 Gauss-Boaga Datum .....................................................43

1.11.3 WGS84 Datum .............................................................45

1.11.4 NAD27 e NAD83 Datum ...............................................46

1.11.5 ETRS89 e ITRS Datum .....................................................47

1.11.6 RGF93 Datum ...............................................................49

1.11.7 Ordnance Survey Datum ................................................51

1.11.7.1 OSGSB36 (Ordnance Survey Great Britain 1936) .......52

1.11.7.2 Cassini soldner - GE02 Datum ..................................54

1.12 Cartografia numerica ..............................................................55

1.13 Lettura della cartografia ufficiale ...............................................58

1.13.1 Mediante il coordinatometro ...........................................60

1.13.2 Mediante la proporzione ................................................62

1.14 Approfondimenti .....................................................................63

1.15 Appendice ...............................................................................68

CAPITOLO 2

SISTEMI INFORMATIVI TERRITORIALI ...........................................73

2.1 Generalità ...............................................................................73

2.2 Caratteristiche e struttura dei SIT ...............................................74

2.3 Sviluppo di un SIT ....................................................................77

2.4 Modellazione di entità e relazioni spaziali .................................79

2.5 Modello di Calkins ...................................................................80

2.6 Modello logico con layers .........................................................82

2.7 Modello UML ...........................................................................83

2.8 Metadati .................................................................................83

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2.9 FGDC e CSDGM ..................................................................... 84

2.10 Dublin Core Metadata Initiative ................................................ 85

2.11 CEN/TC 287 .......................................................................... 86

2.12 OGC reference model (ORM) ................................................... 87

2.13 Test del progetto ...................................................................... 88

2.14 Utilizzi nella pubblica amministrazione ..................................... 89

2.15 Schede applicative d’esempio ................................................... 91

CAPITOLO 3

GEOREFERENZIAZIONE DELLA CARTOGRAFIA ............................ 95

3.1 Concetti generali ..................................................................... 95

3.2 World file associato al raster .................................................... 95

3.3 Errori di distorsione geometrica ................................................ 96

3.4 Scansione ottimale delle immagini ............................................ 98

3.5 Operazione di georeferenzizione mediante software GIS .......... 99

3.6 Georeferenziazione con ArcGis ............................................. 102

3.7 Georeferenziazione con MapInfo Professional ........................ 108

3.8 Georeferenziazione con Autocad Map 3D ............................. 112

3.9 Georeferenziazione con QGIS ................................................ 116

3.10 Georeferenziazione con MapWindows GIS ............................. 121

3.11 Approfondimento .................................................................. 124

3.11.1 Raster pyramids .......................................................... 124

3.11.2 Trasformazione lineare affine ....................................... 125

3.11.3 Valutazione dell’errore sulla georeferenziazione ............ 128

3.11.4 Georeferenziazione di cartografie catastali ................... 128

CAPITOLO 4

TIPOLOGIE E CODIFICA DEI FORMATI ........................................ 131

4.1 Formati raster ........................................................................ 131



4.2 ArcInfo ASCII GRID ................................................................131

4.3 ArcInfo Binary Grid ................................................................133

4.4 Ermapper Compressed Wavelets (ECW) ..................................133

4.5 GeoTiff .................................................................................134

4.6 ERDAS IMAGINE (IMG) .........................................................135

4.7 USGS DEM ............................................................................137

4.8 Formati più comuni ................................................................140

4.9 Formati vettoriali ....................................................................141

4.10 Arc/INFO binary coverage ....................................................141

4.10.1 Formato ARC ..............................................................141

4.10.2 Formato CNT ..............................................................142

4.10.3 Formato LAB ...............................................................143

4.10.4 Formato LOG ..............................................................143

4.10.5 Formato PAL ................................................................144

4.10.6 Formati PRJ – SIN E TOL ..............................................144

4.10.7 Formati – TXT – TX6/TX7 ............................................145

4.10.8 Formati – RXP E RPL .....................................................146

4.11 Esri shape .............................................................................147

4.12 MapInfo file ...........................................................................149

4.13 Formati database – ODBC ......................................................151

4.14 Formati database – Oracle Spatial ..........................................152

4.15 Formati database – PostgreSQL ..............................................152

CAPITOLO 5

ALGORITMI DI CALCOLO E CREAZIONE DEI MODELLI IN 3D ..............................................155

5.1 Triangulated Irregular Network - TIN .......................................155

5.2 Diagramma di Voronoi e triangolazione di Delaunay ...............155

5.2.1 Algoritmo GKS ............................................................160

5.2.2 Algoritmo di Bowyer-Watson in 2D ...............................160

5.2.3 Algoritmo di Green-Sibson in 2D ..................................161


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5.3 Modelli digitali di elevazione .................................................. 163

5.3.1 Interpolazione dei modelli digitali di elevazione ............ 163

5.4 Modello in 3D con ArcGis ...................................................... 168

5.5 Modello in 3D con MapInfo Professional ................................. 172

5.6 Modello in 3D con Autocad Map 3D ....................................... 177

5.7 Modello in 3D con Quantum GIS ............................................ 180

5.8 Modello in 3D con MapWindow GIS ...................................... 184


5.9.1 Creazione di un modello TIN con Autodesk Autocad Civil 3D ......................................................... 186

5.9.2 Creazione di un modello con ArcToolbox di ArcGis ............................................ 189

CAPITOLO 6

LAVORARE CON I DATI RASTER .................................................. 191

6.1 Operazioni matematiche semplici sui raster ............................. 191

6.2 Riclassificazione delle celle dei raster ...................................... 193

6.3 Superfici ottenute dai raster .................................................... 194

6.4 Analisi spaziali sui raster ....................................................... 196

6.5 Overlay sui raster .................................................................. 200

6.6 Crea nuovi raster ................................................................... 202

6.7 Effetti d’insolazione dovuti alle latitudini ................................. 202

6.8 Operazioni di modifica sui raster ............................................ 203

6.9 Da TIN a raster con ArcGis .................................................... 205

6.10 Riclassificazione con ArcGis ................................................... 209

6.11 Curve di livello da un TIN con ArcGis ...................................... 210

6.12 Carta delle esposizioni dei versanti con ArcGis ........................ 212

6.13 Carta delle ombreggiature con ArcGis .................................... 213

6.14 Carta delle acclività con ArcGis .............................................. 214

6.15 Ritagliare un’area con ArcGis ................................................. 216

6.16 Da TIN a raster con MapInfo Professional ................................ 218



6.17 Riclassificazione con MapInfo Professional ...............................220

6.18 Curve di livello da un TIN con MapInfo Professional .................222

6.19 Aspetto e pendenza con MapInfo Professional .........................225

6.20 Ritagliare un’area con MapInfo Professional ............................227

6.21 Da TIN a raster con Autocad Map 3D .....................................232

6.22 Isolinee da un DEM con Autocad Map 3D ...............................233

6.23 Esposizioni e acclività con Autocad Map 3D ............................235

6.24 Da TIN a raster con Quantum Gis ...........................................236

6.25 Curve di livello con Quantum Gis ............................................236

6.26 Acclività ed esposizione dei versanti con Quantum Gis .............237

6.27 Da TIN a raster con MapWindows Gis ....................................238

6.28 Curve di livello con MapWindows Gis .....................................238

6.29 Stabilità dei versanti con MapWindows Gis .............................240

6.30 Ritagliare un’area con MapWindows Gis ................................240

6.31 Approfondimento ...................................................................242

6.31.1 Etichettatura delle isolinee con Autodesk Autocad Civil 3D .........................................................242

6.31.2 Acclività ed elevazione con Autodesk Autocad Civil 3D ......................................................................243

6.31.3 Plug-in GRASS in Quantum Gis ....................................244

CAPITOLO 7

LAVORARE CON I DATI VETTORIALI ...........................................247

7.1 Operazioni di analisi spaziale ...............................................247

7.2 Buffer ....................................................................................248

7.3 Clip ......................................................................................249

7.4 Erase ....................................................................................249

7.5 Identity ..................................................................................250

7.6 Intersect .................................................................................250

7.7 Split ......................................................................................251

7.8 Symmetrical difference ...........................................................251


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7.9 Union ................................................................................... 252

7.10 Update ................................................................................. 253

7.11 Operazioni sulle geometrie .................................................... 253

7.12 Check geometry ..................................................................... 254

7.13 Dissolve ................................................................................ 254

7.14 Minimun bounding geometry .................................................. 254

7.15 Poligon to line ....................................................................... 255

7.16 Repair geometry .................................................................... 255

7.17 Append ................................................................................ 256

7.18 Merge ................................................................................... 256

7.19 Applicazioni pratiche con ArcGis ........................................... 257

7.20 Riparare le geometrie dei file shape con ArcGis ....................... 261

7.21 Dissolve con ArcGis ............................................................... 262

7.22 Estrarre singole parti con ArcGis ............................................ 263

7.23 Applicazioni pratiche con MapInfo Professional ....................... 264

7.24 Similitudini con dissolve in MapInfo Professional ...................... 268

7.25 Applicazioni pratiche con Autocad Map 3D ............................ 268

7.26 Creare le topologie con Autocad Map 3D ............................... 272

7.27 Zone di buffer con Autocad Map 3D ....................................... 274

7.28 Applicazioni pratiche con Quantum Gis .................................. 275

7.29 Dissolvi e controllo della geometria con Quantum GIS .............. 276

7.30 Applicazioni pratiche con MapWindow Gis ............................ 277


7.31.1 Operazione di dissolve con il plug GRASS in Quantum Gis .......................................................... 282

CAPITOLO 8

LAVORARE CON LE TABELLE ....................................................... 285

8.1 Generalità ............................................................................. 285

8.2 Geodatabase ........................................................................ 286

8.2.1 Versioning .................................................................. 287



8.3 Relazioni tra tabelle ...............................................................288

8.4 Operazioni sulle tabelle con ArcGis ........................................289

8.5 Operazioni di calcolo geometrico ...........................................290

8.6 Operazioni di selezione .........................................................296

8.7 Operazioni di join e relate ......................................................297

8.8 Operazioni sulle tabelle con MapInfo Professional ....................299

8.9 Operazioni di calcolo .............................................................302

8.10 Aggregazione dei dati ...........................................................304

8.11 Grafici dei risultati .................................................................305

8.12 Operazioni sulle tabelle con Autocad Map 3D .........................307

8.13 Cerca e seleziona ..................................................................308


8.15 Operazioni sulle tabelle con Quantum Gis ...............................312


8.17 Esportare i dati .....................................................................316

8.18 Operazioni sulle tabelle con MapWindow Gis .........................317


8.20 Creazione di un grafico di sintesi ............................................321

CAPITOLO 9

REALIZZARE MAPPE TEMATICHE ................................................323

9.1 Generalità .............................................................................323

9.2 Carta delle pendenze .............................................................324

9.3 Carta litologica ......................................................................326

9.4 Carta delle giaciture ...............................................................327

9.5 Carta dell’uso reale del suolo ..................................................329

9.6 Carta di sintesi sulla stabilità dei versanti .................................330

9.7 Metodi alternativi per la stabilità dei versanti ...........................331

9.8 Carta di stabilità con ArcGis ...................................................332

9.9 Carta di stabilità con MapInfo Professional ..............................338

9.10 Carta di stabilità con Autocad Map 3D ...................................342


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9.11 Carta di stabilità con Quantum Gis ......................................... 345

9.12 Carta di stabilità con MapWindows Gis ................................. 346

CAPITOLO 10

IMPAGINAZIONE DEI LAYOUT DI STAMPA ..................................................................................... 349

10.1 Generalità ............................................................................. 349

10.2 Margini squadratura e piegatura del foglio ............................. 352

10.3 Cartiglio per le informazioni ................................................... 353

10.4 Layout di stampa con ArcGis .................................................. 353

10.5 Data Driven Pages in ArcGis .................................................. 360

10.6 Multilayout di stampa in ArcGis .............................................. 363

10.7 Layout di stampa con MapInfo Professional ............................. 364

10.8 Multilayout di stampa in MapInfo Professional ......................... 368

10.9 Layout di stampa con Autocad Map 3D ................................... 369

10.10 Multilayout di stampa con Autocad Map 3D ............................ 374

10.11 Layout di stampa con Quantum Gis ........................................ 375

10.12 Multilayout di stampa con Quantum Gis .................................. 378

10.13 Layout e multi layou di stampa con MapWindow Gis ............... 379

CAPITOLO 11

PUBBLICAZIONE SUL WEB-WEBGIS ............................................ 381

11.1 Generalità ............................................................................. 381

11.2 ESRI ArcIMS (ArcView Internet Map Server) ............................. 382

11.3 Intergraph Geomedia Webmap Professional ............................ 383

11.4 Autodesk Mapguide Enterprise ............................................... 383

11.5 MapGuide Open Source ........................................................ 385

11.6 Configurazione di MapGuide Open Source ............................. 386

11.7 Lavorare con MapGuide Maestro Open Source ....................... 389



11.8 Pubblicare sul web con Autocad Map 3D ................................393

11.9 MapServer ............................................................................394

11.10 Configurazione di MapServer .................................................396

11.11 Descrizione del file MAP e del templete in MapServer ...............397

11.12 GeoServer .............................................................................399

11.13 Configurazione di GeoServer .................................................400

11.14 Lavorare con GeoServer .........................................................401

11.15 Creare nuovi stili per GeoServer .............................................403

11.16 Assegnazione degli stili in GeoServer ......................................404

11.17 Creare gruppi di layers e anteprima in GeoServer ....................405

11.18 OpenGeo suite basato su GeoServer .......................................406

CAPITOLO 12

MANUALE SOFTWARE GEOREF ...................................................411

12.1 Generalità .............................................................................411

12.2 Requisiti di sistema .................................................................411

12.3 Installazione ..........................................................................411

12.4 Attivazione del software .........................................................415

12.5 Interfaccia principale ..............................................................416

12.6 Descrizione dei comandi ........................................................416

12.7 Operazione di georeferenziazione ..........................................418

12.8 Operazione di rettifica ...........................................................422

12.9 Misura delle distanze e delle aree ...........................................422

12.10 Informazioni sul software ........................................................423

Bibliografia ......................................................................................425


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PREFAZIONE

Un nuovo testo che racchiude al suo interno una serie di informazioni, utiliper lo più ai fini pratici, per un corretto uso delle applicazioni GIS e WebGisattualmente più utilizzate. Queste, infatti, rivestono oggi giorno un’importanzaed un utilizzo sempre più diffuso nei vari settori. Basti pensare all’andamentodemografico sul territorio, al censimento in ambito agro-biologico e selvicoltu-rale, studi di tipo ambientali, di salvaguardia e prevenzione dei rischi naturalio ad essi associati, portando ad un risultato di pianificazione del territorio, equant’altro ancora. Con questi strumenti, quindi, si possono fare delle suppo-sizioni per poi trarre delle deduzioni, semplicemente incrociando più informa-zioni provenienti da diverse fonti, in modo da ottenere quanto più possibile unquadro completo delle situazioni.

Il volume è stato suddiviso in maniera schematica, semplice per la compren-sione e senza troppi raggiri in termini poco chiari, proprio per dare al lettoretutte le informazioni necessarie man mano che prosegue nella lettura. Si partepertanto dai concetti basilari della cartografia, descrivendo i vari sistemi dirappresentazione della Terra, alla descrizione dei sistemi informativi territoria-li, per poi passare alle procedure pratiche sui GIS e WebGis presi come riferi-mento. Vengono inoltre fornite, per quanto è possibile ed in maniera semplice,le informazioni di codifica dei diversi formati più utilizzati in ambito GIS.

Gli applicativi presi come riferimento sono stati selezionati in base alla loropopolarità e confrontati tra di loro mostrando le varie operazioni senza darenessun giudizio per non influenzare il lettore. Inoltre è doveroso precisare chegli esempi trattati sono di tipo didattico utili quindi solo per la comprensionedelle operazioni. A tal proposito è doveroso ringraziare tutti coloro che mihanno permesso di realizzare e sviluppare la presente opera fornendomi unvalido supporto.

Per dare all’opera un valore aggiunto sono state inserite numerose illustra-zioni grafiche di riferimento, oltre alla semplice spiegazione. Questo perchénon sempre con le semplici parole si riesce ad illustrare quanto invece può dareuno sguardo su un’immagine per avere un’idea ancora più completa.

In ultimo è stato abbinato un software applicativo che consente di eseguirele operazioni di georeferenziazione sulle immagini di una mappa, in diversiformati. Sviluppato in .Net si presenta con una interfaccia molto semplice,



immediata e ben organizzata nei menù. Fra le peculiarità oltre alla creazionedel file world associato all’immagine consente di creare il file Tab ormai dive-nuto anch’esso popolare e rettificare la stessa immagine.

L’Autore


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CAPITOLO 2

ELEMENTI DI CARTOGRAFIA

1.1 Concetti generali sulla geodesia

La geodesia è una disciplina che si occupa dei problemi collegati alla rap-presentazione della Terra e alla misura della sua forma, attraverso lo studio delcampo gravitazionale e dei fenomeni geodinamici ad essa collegati. La si puòdistinguere in geodesia teorica, quella che si occupa di studiare la forma e ladimensione della Terra, e in geodesia operativa, che elabora le teorie analiti-che per l’adozione di procedimenti collegati alla rappresentazione della super-ficie terrestre.

1.2 Esperienza di Eratostene

Il primo ad avere misurato le dimensioni della Terra dal punto di vista scien-tifico fu uno studioso greco intorno al 230 a.C., Eratostene Pentathlos diCirene, bibliotecario di Alessandria. Il suo studio partì dal presupposto che laTerra fosse sferica e non piatta. Da questo presupposto elaborò, per l’epoca,un metodo innovativo per misurare la lunghezza della circonferenza terrestre.Infatti notò che nel giorno del solstizio d’estate (21 giugno) a Siene, oral’attuale Assuan in Egitto, a mezzogiorno gli oggetti non formavano nessunaombra sul terreno. Ciò dovuto al fatto che il Sole era esattamente sulla verti-cale, ovvero allo Zenit. Mentre nel medesimo istante ad Alessandria di Egitto ilSole formava con la verticale un angolo pari a 1/50 di arco di circonferenza,ovvero un angolo di 7° 12’.

Le due città furono scelte da Eratostene per due motivi fondamentali, il primoperché pensava che Alessandria si trovasse esattamente a nord di Siene e sullostesso meridiano, il secondo perché conosceva esattamente la distanza fraAlessandria e Siene, pari a 5.000 stadie (1 stadia = 185 m) ovvero 925 km.

Sulla base di queste informazioni calcolò la circonferenza della Terrasemplicemente moltiplicando la distanza fra le due città per l’angolo tro-vato ad Alessandria. Secondo i calcoli che fece la circonferenza terrestre,



ovvero il meridiano stesso, doveva essere di 46.250 km. In realtà la circon-

ferenza della Terra è pari a 40.075 km, quindi commise sostanzialmente

un errore del 15%. Bisogna però dire che partì da due presupposti errati;

il primo è che la Terra non è perfettamente sferica, il secondo è che Ales-

sandria e Assuan non sono esattamente sullo stesso meridiano, infatti le due

longitudini divergono di circa 3°.

L’esperienza così esaminata è ancora oggi oggetto di dibattito da parte degli

storici. Ciò è dovuto al fatto che a quel tempo le misure erano molto imprecise,

pur essendo fatte con molta cura. Quindi è ragionevole pensare che a tale

imprecisione corrisponda un errore piuttosto grande nel risultato trovato. Inol-

tre la grandezza dello “stadio” greco non era unico ma variava da 150 a 215

metri, ed in particolare quello adottato da Eratostene era pari a 185 metri, ma

su questo valore ci sono discordanze. Infatti alcuni storici asseriscono che lo

stadio utilizzato era di 157,5 metri. Quindi un errore abbastanza piccolo a cui

corrisponderebbe un valore della circonferenza di 39.375 km, vicinissimo al

valore reale. Questo dato così vicino al valore reale fa pensare che la scelta di

tale misura non sia del tutto veritiera ma per così dire calzata a pennello. In

ultimo va tenuto in conto che la stima è stata basata su cifre tonde (stadi 5000,

1/50 di circonferenza) le quali comportano una precisione molto limitata.

Figura 1.1Punti

di riferimentoadottate

da Eratostene eloro

schematizzazione


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1.3 Esperienza di Posidonio

Posidonio (135 - 51 a.C.) usò lo stesso metodo partendo dalla distanza fraRodi e Alessandria. Infatti considerò la differenza di altezza della stella Cano-pus sul meridiano dei due luoghi, calcolando così la circonferenza terrestre in240.000 stadie (circa 44.390 km), un valore molto vicino a quello trovato daEratostene. L’utilizzo di questa stella è dovuto al fatto che a Rodi sfiora l’oriz-zonte, mentre ad Alessandria è ben visibile, oltre ad essere la secondastella più brillante del cielo notturno. Il risultato è dato alla compensazionedegli errori dovuti alla rifrazione atmosferica portando il valore osservato da5° 5’ reale a 7° 30’ rifratto. Infatti con i dati reali avrebbe dovuto trovare unacirconferenza di 180.000 stadie.

Anche per questo metodo si perviene ad un errore di circa 11% dovutosoprattutto al fatto che Rodi ed Alessandria non si trovano sullo stesso meridia-no.

1.4 Appiattimento dei poli

Le prime ipotesi sul fatto che la Terra non fosse perfettamente sferica risal-gono a Jean Picard (1620-1687) che nel 1671 eseguì alcune misurazioni colmetodo della triangolazione geodetica. Utilizzando una base più lunga deter-minò il meridiano (circonferenza polare) con una precisione mai raggiuntaprima (40.033 km) e non tenendo conto dello schiacciamento polare. Per

Figura 1.2Posizione delle località di riferimento con relativo schema



quanto riguarda poi dal punto di vista gravitazionale, già nel 1659 Huygensaveva scoperto l’esistenza della forza centrifuga dovuta alla rotazione terre-stre. Notò che agiva differentemente a seconda della latitudine, massimaall’equatore e nulla ai poli. In seguito Newton approfondì la questionenei “Philosophiae Naturalis Principia Matematica” (1687). Osservò che se laTerra non avesse il suo movimento giornaliero, sarebbe perfettamente sfericaa causa dell’uguale gravità in ogni sua parte. A tal proposito cercò di calcolarel’appiattimento della Terra supponendola fluida ed omogenea riuscendo cosìa trovare un appiattimento di 1/230.

Per verificare in maniera sperimentalmente il valore determinato si utilizza-rono misure di triangolazione geodetica eseguite a diverse latitudini. Questemisure furono condotte in Francia a partire dal 1683 da J.D. Cassini versonord e da La Hire (1640-1718) verso sud. J.D. Cassini notò che la lunghezzadi un arco di meridiano a distanza di un grado è più piccola nel nord dellaFrancia che nel sud. La Terra, dunque, sarebbe allungata nel verso dell’asse dirotazione, anziché appiattita. Seguirono altre misure di triangolazione tra il1700 e il 1718 da Cassini, Maraldi e La Hire da Dunkerque a Collioure, aipiedi dei Pirenei. A partire dalle loro misure, che confermarono la diminuzionedi lunghezza di un grado d’arco verso nord, Cassini confermò l’allungamentodella Terra e s’oppose tenacemente alle idee dei teorici. Iniziò così la disputasulla forma della Terra. Per far cessare la disputa l’Académie de France decisedi inviare due missioni geodetiche per misurare gli archi di meridiano a latitu-dini molto differenti. La prima nel 1735 in Perù (con Godin, Bouguer e La Con-damine) e la seconda nel 1736 in Lapponia (con Maupertuis e Clairaut). Nel1737 lo studio delle misure geodetiche ottenute nella seconda spedizione indi-cava chiaramente che la Terra era appiattita ai poli anziché allungata el’appiattimento trovato corrispondeva a 1/178. Più tardi le misure geodeticheeseguite in Perù tolsero gli ultimi dubbi riportarono che la Terra è appiattita,con un appiattimento di circa 1/200, molto vicino a quello calcolato da New-ton. A tal proposito appare evidente che le misure del meridiano franceseerano errate. Altre misurazioni furono effettuate in seguito e portarono alladeterminazione sempre più precisa dell’indice di appiattimento e della lun-ghezza del meridiano terrestre ma solo con l’impiego di sonde spaziali si èpotuto affinare ancora queste misure. Oggi sappiamo che il meridiano“medio” è lungo 40.009,152 km, il semiasse maggiore (Nord) 6.378,388 kme quello minore (Sud) 6.356,912 km. Il valore di appiattimento ritenuto attual-mente valido è 1/298,25.


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1.5 Forma della Terra

Oggi sappiamo che la Terra ha una forma irregolare, dovuta sia all’irrego-larità della distribuzione delle masse che alla superficie stessa. Pertanto ai finidella rappresentazione della superficie terrestre è stata assunta una forma ide-ale collegata alle regole della matematica e della geometria. Per comprenderemeglio il concetto supponiamo per assurdo che la Terra sia costituita da unamassa omogenea e di forma sferica, la quale ruota attorno ad un asse pas-sante per i poli. Ora immaginiamo di prendere un punto qualsiasi sulla super-ficie del globo e che tale punto sia sottoposto alla forza newtoniana Fn (conintensità costante, direzione verso il centro) e alla forza centrifuga Fc generatadalla rotazione (con intensità proporzionale alla distanza del punto dall’assedi rotazione). La risultante di queste forze individua la forza di gravità Fg, laquale è massima ai poli e minima all’equatore. L’insieme delle forze di gravitàviene definito campo gravitazionale terrestre.

Chiaramente nel caso di superficie deformabile la forma della superficie nonsarà più sferica ma leggermente schiacciata ai poli, proprio per il semplice fattoche ai poli la forza di gravità è massima. Di conseguenza avremo una superficieche collega tutti i punti ad eguale gravità. Tale superficie è definita superficie equi-potenziale ed assume la forma reale della Terra (geoide). Passa per il livellomedio del mare, in assenza di perturbazioni ed immaginata prolungata al di sot-to dei continenti in modo tale da mantenersi sempre perpendicolare alla verticale.

La superficie del geoide differisce sia dalla superficie sferica che dall’ellis-soide in quanto è leggermente depressa nelle zone oceaniche e sopraelevatain quelle continentali a causa delle differenze nella gravità. Globalmente ilgeoide presenta scostamenti nell’ordine di ±100 metri rispetto a una superficiedi riferimento matematica (l’ellissoide di rotazione). A titolo di esempio, l’ondu-

Figura 1.3Rappresentazione delle forze nel campo gravitazionale terrestre



lazione del geoide nella zona di Perugia e di circa +45 metri (il valore esattovaria a seconda del modello di geoide utilizzato).

Il geoide può essere determinato con metodi astrogeodetici e gravimetrici.Negli ultimi anni è stata inoltre resa possibile anche la sua determinazionediretta basata su misure di livellamento e GPS (livellamento GPS).

Gli scostamenti del geoide rispetto a un dato ellissoide terrestre orientato(ovvero avente semiassi a e b noti ed opportunamente posizionato rispetto allaTerra) possono essere distinti in due tipologie:

scostamenti lineari tra le due superfici, definiti dalle ondulazioni geoidiche;

scostamenti angolari tra le due superfici, definiti dalla deviazione della ver-ticale.

Il modello del geoide è oggi indispensabile soprattutto per le misurazioniGPS, poiché consente la conversione delle altitudini ellissoidali (h) determinatecon il GPS nelle altitudini ortometriche (H) normalmente utilizzate attraverso laseguente formula (tecnica GPS-LEV):

Lo scostamento angolare tra geoide ed ellissoide è definito come l’angolocompreso tra la normale all’ellissoide e la verticale (normale al geoide). Ladeviazione della verticale varia da punto a punto e in base all’ellissoide adot-

� = � � �Figura 1.4

Scostamenti fra ilGeoide e

l’ellissoide(n1, n3, n4

positive; n2, n5

negative.V = verticale;E = ellissoide


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tato, con valori tra zero e parecchie decine di secondi.Nella geodesia moderna l’esigenza di contenere la deviazione della verti-

cale e molto meno sentita, perché le misure a lunga distanza si eseguono contecniche GNSS (Global Navigation Satellite Systems) che non risentono affattodell’influenza della deviazione della verticale, contrariamente per le tecnicheclassiche (teodoliti) che vengono ormai impiegate solo a breve distanza (gene-ralmente inferiore a 2 – 3 km) dove si possono accettare anche valori relativa-mente elevati della deviazione della verticale. Si utilizzano ellissoidigeocentrici, come il WGS84, unici per tutta la Terra.

Le osservazioni utilizzabili per la determinazione del geoide rientrano invarie tipologie, fra le più importanti ricordiamo:

misure gravimetriche (misure dell’accelerazione di gravita per punti);

confronto tra posizionamenti GNSS e livellazione (tecnica GPS/LEV);

misure di deviazione della verticale eseguite confrontando per uno stessopunto coordinate geografiche astronomiche (ottenute da osservazioni not-turne sulle stelle) con coordinate geografiche ellissoidiche calcolate sull’ellis-soide di riferimento;

studio delle orbite dei satelliti a quote relativamente basse.

1.6 Modelli di Geoide

Dal punto di vista pratico può essere considerato come una funzione che apartire dalla posizione planimetrica di un punto fornisce il valore dell’ondula-zione. Questa funzione viene espressa mediante approssimazioni numerichesottoforma di grigliati, ovvero mediante tabelle di valori calcolati sui nodi diuna griglia prefissata ad intervalli regolari di coordinate.

Esistono diversi modelli di geoide elaborati per scopi diversi. Fra i più impor-tanti si ricordano le tipologie di:

modelli globali, i quali coprono l’intero pianeta;

modelli locali, calcolati per aree limitate.

Un esempio del modello globale è l’EGM96 (Earth Geopotential Model1996), calcolato da 3 enti di ricerca statunitensi:

NIMA (National Imagery and Mapping Agency);

NASA (National Aeronautics and Space Administration – Goddard SpaceFlight Center);

OSU(Ohio State University).



Il modello EGM96 e costituito da uno sviluppo in serie di armoniche sferiche.È di pubblico dominio e può essere consultato gratuitamente presso il sito delNIMA o siti collegati.

In questo modello le ondulazioni in metri sono calcolate rispetto all’ellissoidegeocentrico WGS84. Nel modello si evidenziano le zone più elevate delgeoide (fino a +85 m) nel nord dell’Australia (area della Nuova Guinea),nell’Europa occidentale e nella parte settentrionale dell’Oceano Atlantico,mentre le zone più depresse (fino a -105 m) si trovano in prossimità delle prin-cipali fosse oceaniche.

Altro modello globale è l’EGM2008 rilasciato dal National Geospatial-Intel-ligence Agency (NGA), il quale rispetto al precedente modello è stato notevol-mente migliorato in termini di precisione.

Figura 1.5Rappresenta-

zione grafica delModello EGM96

(fonte NASA)

Figura 1.6Modello

gravitazionaleterrestre

EGM2008pubblicamenterilasciato dalla

US NationalGeospatial-Intelli-

gence Agency(NGA) EGMDevelopment

Team


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Per quanto riguarda invece il modello locale un esempio è l’ ITALGEO, cal-colato dal Politecnico di Milano in collaborazione con l’Istituto GeograficoMilitare di Firenze. Deriva da misure gravimetriche integrate da osservazioniGPS/LEV (eseguite nella rete geodetica IGM95), misure di deviazione dellaverticale ed effetto della conformazione topografica del terreno (DTM).

Versioni adottati per l’Italia sono il geoide ITALGEO95 e ITALGEO99 rappre-sentati mediante curve di uguale ondulazione con equidistanza di 1 metro. Illivello di dettaglio e l’accuratezza sono notevolmente superiori rispetto aEGM96. Si ricorda che in Italia le ondulazioni sono tutte positive, comprese tra37 e 54 metri, ed attualmente il geoide gravimetrico di riferimento èl’ITALGEO2005 caratterizzato dai seguenti punti:

geoide basato solamente sui dati gravimetrici;

tecnica di stima “remove-solve-restore”;

si applica la “fast collocation” per la stima della componente Nr;

l’effetto topografico è stimato usando il DTM SRTM 100 m x 100 m;

GPM98CR è il modello globale utilizzato per rappresentare la componentea bassa frequenza del geopotenziale.

Figura 1.7Geoide gravimetrico italiano (e = 1m) - ITALGEO2005


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CAPITOLO 12

MANUALE SOFTWARE GEOREF

12.1 Generalità

Il software GeoRef ver. 1.0 consente di georeferenziare le immagini dei formati più dif-fusi delle mappe. Consente inoltre di creare il TabFile contenente tutte le informazionisulla medesima operazione compatibile con il GIS MapInfo Professional. Inoltre il sof-tware consente di rettificare l’immagine con le operazioni di rototraslazione, ottenerele informazioni sulle distanze attraverso l’apposito strumento ed in ultimo visualizzaree modificare i punti di controllo assegnati presenti nella tabella di riepilogo. Sviluppato in dot.Net, una tecnologia sempre più diffusa in ambiente Windows, richiede lelibrerie ®Framework prelevabili gratuitamente dal sito della ®Microsoft. Nello stesso sof-tware sono state incluse le librerie DotSpatial Open Source. L’interfaccia del software è moltosemplice, compatta, intuitiva oltre ad essere graficamente gradevole.

12.2 Requisiti di sistema

Di seguito si riportano le configurazioni di sistema minime consigliate per un correttofunzionamento del software.

Configurazione minima hardware

Processore Pentium III o equivalente. Video in risoluzione 1024 x 768 pixel (consigliato). Memoria RAM 256Mb (consigliata 512Mb). Lettore CD/DVD.

Configurazione minima software Sistema Operativo ®Windows (98, ME, NT, 2000, XP, Vista 7); ®Microsoft .NET Framework versione 4.0; ®Adobe Reader (necessario per la consultazione del manuale); ®Microsoft Internet Explorer.

12.3 Installazione

Il software GeoRef è venduto in abbinamento al volume edito dalla EPC S.r.l. Per ese-guire l’installazione, occorre inserire il CD-ROM nel lettore ed attendere l’avvio auto-



matico del sistema, se è attiva l’opzione di sistema di notifica, altrimenti bisognaeseguire manualmente il file di installazione presente sul CD-ROM - ”Setup.exe”.

Nel menù principale che compare è possibile quindi eseguire il comando “Setup” peravviare la procedura d’installazione del software, oppure visualizzare un mini sito doveè contenuto tutto il materiale informativo dell’opera.

Al comando “Esegui” si avvia la procedura d’installazione, così come mostrano lemaschere di seguito riportate.

Figura 12.1 - File di installazione del software

Figura 12.2 - Interfaccia principale per l’installazione del software


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Si può anche scegliere, la cartella di destinazione, oppure mantenere quella sugge-rita dalla procedura guidata.

Figura 12.3 - Confronto di licenza d’uso

Figura 12.4 - Percorso di installazione del software



Mediante il comando “Avanti” avviamo l’installazione vera e propria del software.Così facendo, poi, viene visualizzata la maschera contenente lo stato di avanzamentodel processo d’installazione. Alla fine compare l’ultima maschera che informa l’utenteche il processo d’installazione è stato ultimato.

Figura 12.5 - Conferma dell’installazione

Figura 12.6 - Stato del processo d’installazione del software


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12.4 Attivazione del software

Una volta completata l’installazione si procede alla registrazione del software GeoRef:esso è dotato di un sistema di protezione il cui sblocco avviene solo dopo l’inserimentodi un codice identificativo fornito direttamente dalla EPC Srl che ne permette l’installa-zione e l’utilizzo su una sola macchina.Al momento della prima esecuzione il programma visualizza una finestra contenente inumeri identificativi del computer (Site code e hardware ID). L’utente inseriscenell’apposito spazio il codice etichetta che si trova sopra la custodia del cd rom. A que-sto punto l’utente si collega alla pagina internet http://www.epc.it/AttivazionePro-dotti.aspx per accedere al servizio che gli fornirà la chiave di sblocco del programma. Nella pagina del sito occorre inserire il codice etichetta e, cliccando il tasto Avanti, pro-cedere con l’inserimento del Site code, dell’hardware ID e delle altre informazionirichieste (e-mail, dati anagrafici, privacy ecc.). Premendo il tasto Fine, il programma di attivazione rilascia il codice di sblocco cheviene visualizzato e contemporaneamente inviato all’e-mail dell’utente.

Figura 12.7 - Installazione terminata. Eseguire “Chiudi” per terminare

Figura 12.8 - Interfaccia di registrazione del software



Il codice di sblocco così ottenuto va riportato sulla finestra di attivazione del program-ma; una volta inserito non verrà più richiesto.

12.5 Interfaccia principale

Il software si presenta con una interfaccia principale molto semplice, avente una ribbonbar nella parte superiore in cui sono presenti tutti i comandi principali, una barra distato nella parte inferiore mostrante le coordinate X e Y del cursore nel sistema di rife-rimento, il percorso del file caricato ed in ultimo nella zona centrale viene visualizzatal’immagine inserita, relativa alla mappa da georeferenziare.

12.6 Descrizione dei comandi

Nella sezione “Home” (unica) della ribbon bar sono presenti i menù contenenti icomandi per gestire le operazioni.

Questi menù sono organizzati in base alle azioni dei comandi. Di seguito si riportanoin successione i menù con i relativi comandi: Menù:

- Nuovo: consente di creare un nuovo progetto;

Figura 12.9 - Interfaccia di registrazione del software

Figura 12.10 - Ribbon bar dei comandi


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- Apri: apre un file di progetto salvato in precedenza;- Salva: consente di salvare il progetto corrente in un percorso specifico;- Aggiungi: importa un file immagine su cui eseguire le operazioni di georeferen-

ziazione. I formati supportati sono: JPG, PNG, TIF, GIF, BMP, WMF, EMF;- Info: mostra le informazioni sul software e la casa editrice.

Strumenti: - Puntatore: riporta il puntatore del mouse allo stato di default; - Sposta: sposta l’immagine mediante la pressione del tasto destro del mouse;- Zoom (+): ingrandisce l’immagine. È possibile anche selezionare un’area da

ingrandire mediante il mouse;- Zoom (-): diminuisce l’immagine;- Estensione: mostra l’intera immagine adattandola al riquadro stesso;- Misura: consente di misurare le distanze e le aree mediante la digitalizzazione dei

punti con il mouse. Georeferenziazione:

- Punto: colloca il punto di controllo sull’immagine da georeferenziare;- Tabella: mostra la tabella dei punti di controllo inseriti con le relative associazioni

di riferimento;- World: crea il file di georeferenziazione associato all’immagine;- Rettifica: rettifica l’immagine attraverso le operazioni di rototraslazione;- TabFile: crea il file TAB contenente le informazioni sulla georeferenziazione, com-

patibile con il GIS MapInfo Professional. Chiudi:

- Esci: uscita dal software.

Si ricorda, inoltre, che facendo un doppio clic con il mouse sulla scheda “Home” vienenascosta la ribbon bar dei comandi. Allo stesso modo un doppio clic la fa ricomparire.Alcuni comandi principali sono anche accessibile mediante il “logo” posto in alto a sini-stra, che attiva un menù contenete i seguenti comandi: Nuovo, Apri, Salva…,Aggiungi, Misura, Esci a cui si aggiungono: Guida: per la guida di riferimento del software; Opzioni: per settare le opzioni di base.

Figura 12.11 - Nasconde e mostra i menù dei comandi con il comando “Home”



12.7 Operazione di georeferenziazione

Per eseguire la georeferenziazione bisogna per prima cosa importare mediante ilcomando “Aggiungi” il file immagine ed attendere che la barra, mostrante lo stato delprocesso, raggiunga la fine.

Individuiamo, poi, il punto di riferimento mediante le operazioni di zoom sull’immagineimportata e attraverso il comando “Punto” inseriamo il primo punto di controllo a cuiriferire le informazioni geografiche (in coordinate chilometriche) mediante il cursore delmouse.

Appena si clicca sul punto dell’immagine di riferimento, compare una maschera cheriporta le coordinate X e Y del punto con le relative caselle di associazione dei valorigeografici (X World e Y World). In quest’ultime vanno inseriti i valori corrispondenti allalongitudine e alla latitudine in coordinate chilometriche.

Dopo aver introdotto correttamente le coordinate del punto si esegue il comando “Inse-risci” per inserire le informazioni nella tabella. In alternativa possiamo annullare l’ope-razione mediante il comando “Annulla”.

Figura 12.12 - Menù dei comandi principali

Figura 12.13 - Barra con lo stato del processo


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Le operazioni si ripetono allo stesso modo per i successivi punti. Infatti per poter ese-guire le operazioni di georeferenziazione con una trasformazione affine di 1° ordinesono necessari tre punti di controllo.Il software consente di inserire un massimo di tre punti di controllo necessari per un cal-colo corretto. Quindi volendo ad esempio aggiungere un quarto punto compare unavviso ricordando che i punti possono essere al massimo 3.

A questo punto possiamo visualizzare le informazioni inserite mediante il comando“Tabella” che avvia la seguente maschera.

Figura 12.14 - Punto di controllo e relativa maschera di associazione delle coordinate

Figura 12.15 - Avviso sul numero massimo dei punti di controllo

Figura 12.16 - Tabella dei punti di controllo



In questa maschera possiamo salvare le informazioni mediante il comando “Salva”,importare ad esempio i dati da un file precedentemente salvato attraverso il comando“Importa” oppure eliminare una riga selezionata con il comando “Elimina”.

Prima di eliminare una riga selezionata compare un messaggio di avviso cherichiede di confermare l’operazione. Ciò è utile per l’inserimento di un nuovo puntodi controllo.

Inoltre nella stessa tabella si possono editare tutti i valori semplicemente facendo undoppio clic con il mouse sulla cella desiderata e digitare, poi, il nuovo valore. Per chiu-dere la maschera contenete la tabella basta eseguire il comando “Chiudi”.

A questo punto possiamo creare il file contenente le informazioni geografiche associateall’immagine con il comando “World”, ovvero creare il world file per la georeferenzia-zione.

Allo stesso modo se si vuole creare il file TAB compatibile con il GIS MapInfo Professio-nal si esegue il comando “TabFile” e si attende la maschera per il settaggio delle infor-mazioni sul sistema di proiezione. È possibile anche non assegnare il sistema lasciandonel menù a tendina “Datum” la voce “Non assegnato”, oppure selezionarne uno fraquelli messi a disposizione.

Figura 12.17 - Messaggio di conferma operazione

Figura 12.18 - Messaggio di conferma sulla georeferenziazione


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Nella parte a destra della stessa maschera vengono riportate le informazioni di riferi-mento in base alla selezione.Una volta impostate le informazioni sul sistema di riferimento si crea il file con ilcomando “Crea TabFile” e si attende il seguente avviso di conferma.

Figura 12.19 - Maschera per il settaggio del sistema di proiezione per il file TAB

Figura 12.20 - Elenco dei Datum di riferimento messi a disposizione



A questo punto le operazioni di georeferenziazione sono concluse. Quindi possiamosalvare il lavoro con il comando “Salva”.

12.8 Operazione di rettifica

Una volta che sono stati assegnati i tre punti di controllo sull’immagine di riferimentopossiamo decidere se eseguire anche la rettifica delle informazioni con la georeferen-ziazione. Ciò può essere fatto selezionando il comando “Rettifica” dalla ribbon bar.In questo modo viene creata una nuova immagine contrassegnata da un simbolo “_R”indicando appunto che si tratta di una immagine georeferenziata rettificata in terminidi rototraslazione.Questo comando può essere impostato sempre attivo dalle opzioni di settaggio. Infattiselezionando la voce “Esegui sempre la rettifica delle immagini” il comando di rettificaresta evidenziato ed esegue l’operazione, contrariamente non viene eseguita l’opera-zione di rettifica.

12.9 Misura delle distanze e delle aree

Per misurare una distanza basta eseguire il comando “Misura” dalla ribbon bar e digi-talizzare i punti sulla mappa di riferimento. Chiaramente bisogna utilizzare l’unità di

Figura 12.21 - Messaggio di conferma

Figura 12.22 - Opzioni di settaggio per la rettifica


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misura corretta per ottenere i valori sia parziali che totali delle distanze. Allo stessomodo vale per le aree, basta disegnare un poligono chiuso con l’apposito comando.

12.10 Informazioni sul software

Le informazioni di riferimento sul software sono accessibili con il comando “Info” pre-sente sulla ribbon bar.

Figura 12.23 - strumento di misura delle distanze a sinistra e delle aree a destra

Figura 12.24 - Informazioni di riferimento


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