CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI NAPOLI FEDERICO II CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE ANNO ACCADEMICO 2012-2013 SISTEMI INFORMATIVI TERRITORIALI 3 CARTOGRAFIA LE CARTE GEOGRAFICHE ERNESTO CRAVERO 1 * Con l’ausilio di dati, informazioni, testi reperiti da network, reti informatiche e dal LUPT Centro Interdipartimentale di Ricerca Università Federico II

PRINCIPI DI CARTOGRAFIA RAPPRESENTAZIONE DELLA TERRA : LE CARTE GEOGRAFICHE PRINCIPI DI CARTOGRAFIA Tutto ciò che viene individuato e misurato sulla superficie terrestre è suscettibile di essere fissato graficamente attraverso segni, disegni, simbologia. Queste rappresentazioni si definiscono CARTE GEOGRAFICHE. L’importanza delle carte geografiche è PRATICA e SCIENTIFICA. Il cammino della cartografia nel mondo occidentale inizia con ANASSIMANDRO di Mileto (550 a.C.) che propone la prima carta del mondo conosciuto di allora. In seguito MARINO di Tiro (120 d.C.) introdusse l’importante concetto di coordinate geografiche. Poco dopo (150 d.C.) TOLOMEO propone le sue carte come vere proiezioni del globo terrestre su un piano. 2 E. CRAVERO – SISTEMI INFORMATIVI TERRITORIALI CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE E GEOFISICHE 2012-2013 - UNINA

RAPPRESENTAZIONE DELLA TERRA : LE CARTE GEOGRAFICHE PRINCIPI DI CARTOGRAFIA RICOSTRUZIONE DELLA CARTA DI ANASSIMANDRO (VI° sec. a.C.) RICOSTRUZIONE DELLA CARTA DI TOLOMEO (2° sec.) 3 E. CRAVERO – SISTEMI INFORMATIVI TERRITORIALI CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE E GEOFISICHE 2012-2013 - UNINA

RAPPRESENTAZIONE DELLA TERRA : LE CARTE GEOGRAFICHE PRINCIPI DI CARTOGRAFIA Con l’Era Moderna inizia il cammino della cartografia verso la modernità con la grande innovazione proposta nel 1569 dal fiammingo Gerhard Kremer detto MERCATORE (dal latinizzato Gerardus Mercator) con la pubblicazione del planisfero ad usum navigantium in 18 fogli costruito in proiezione cilindrica isogona (conforme), a latitudini crescenti. 4 E. CRAVERO – SISTEMI INFORMATIVI TERRITORIALI CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE E GEOFISICHE 2012-2013 - UNINA

RAPPRESENTAZIONE DELLA TERRA : LE CARTE GEOGRAFICHE PRINCIPI DI CARTOGRAFIA Tra le tappe più importanti nella storia della cartografia ricordiamo: > il contributo del francese Nicolas SANSON che nel 1650 adotta la proiezione cilindrica modificata sinusoidale nella redazione delle sue carte del mondo il contributo del francese Cesare Francesco CASSINI che nel 1750 con l’adozione di una proiezione cilindrica inversa che prende il suo nome avviò la redazione della Carta del Regno di Francia in 182 fogli il contributo del tedesco Johann Heinrich LAMBERT che nel 1772 propone una proiezione cilindrica penetrante orizzontale, equivalente, usata per rappresentare vaste porzioni del globo. il contributo del tedesco Karl Friedrich GAUSS che nel 1822 propone l’adozione della proiezione cilindrica inversa che porta il suo nome nella redazione delle carte geografiche elaborando una teoria della rappresentazione conforme delle superfici culminata poi nell’ingegnosa proposta della geometria intrinseca. 5 E. CRAVERO – SISTEMI INFORMATIVI TERRITORIALI CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE E GEOFISICHE 2012-2013 - UNINA

RAPPRESENTAZIONE DELLA TERRA : LE CARTE GEOGRAFICHE PRINCIPI DI CARTOGRAFIA Il francese Nicolas SANSON nel 1650 adotta la proiezione cilindrica modificata sinusoidale nella redazione delle sue carte del mondo. 6 E. CRAVERO – SISTEMI INFORMATIVI TERRITORIALI CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE E GEOFISICHE 2012-2013 - UNINA

RAPPRESENTAZIONE DELLA TERRA : LE CARTE GEOGRAFICHE PRINCIPI DI CARTOGRAFIA L’italo-francese Cesare Francesco CASSINI nel 1750, con l’adozione di una proiezione cilindrica inversa che prende il suo nome, avviò la redazione della Carta del Regno di Francia in 182 fogli 7 E. CRAVERO – SISTEMI INFORMATIVI TERRITORIALI CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE E GEOFISICHE 2012-2013 - UNINA

RAPPRESENTAZIONE DELLA TERRA : LE CARTE GEOGRAFICHE PRINCIPI DI CARTOGRAFIA Il tedesco Johann Heinrich LAMBERT propose diverse proiezioni tra cui, nel 1772, una proiezione cilindrica penetrante orizzontale, equivalente, usata per rappresentare vaste porzioni del globo. 8 E. CRAVERO – SISTEMI INFORMATIVI TERRITORIALI CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE E GEOFISICHE 2012-2013 - UNINA

RAPPRESENTAZIONE DELLA TERRA : LE CARTE GEOGRAFICHE PRINCIPI DI CARTOGRAFIA Il tedesco Karl Friedrich GAUSS nel 1822 propone l’adozione della proiezione cilindrica inversa che porta il suo nome nella redazione delle carte geografiche, adottata ancora oggi con l’acronimo U.T.M. (Universal Transverse Mercator, dal nome dell’ideatore della proiezione cilindrica). 9 E. CRAVERO – SISTEMI INFORMATIVI TERRITORIALI CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE E GEOFISICHE 2012-2013 - UNINA Proiezione conforme di Gauss

RAPPRESENTAZIONE DELLA TERRA : LE CARTE GEOGRAFICHE PRINCIPI DI CARTOGRAFIA Lo studio delle carte può essere condotta: per via analitica per via geometrica. Nel primo caso si studiano le relazioni che intercorrono fra gli elementi della superficie reale e le loro rappresentazioni sulla carta in modo che se ne conservino alcune di esse (angoli, aree, distanze ecc.). Nel secondo caso le carte si ricavano come proiezioni della superficie sopra un quadro di riferimento che può essere una superficie piana, conica o cilindrica. Il reticolato geografico agevola la costruzione delle carte; nelle trasformazioni grafiche si otterranno le TRASFORMATE di meridiani e paralleli. 10 E. CRAVERO – SISTEMI INFORMATIVI TERRITORIALI CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE E GEOFISICHE 2012-2013 - UNINA

RAPPRESENTAZIONE DELLA TERRA : LE CARTE GEOGRAFICHE PRINCIPI DI CARTOGRAFIA Il PROCESSO CARTOGRAFICO prevede le seguenti azioni: - ACQUISIZIONE DEL DATO: osservazioni dirette sul terreno o su immagini del terreno (topografia, fotogrammetria, telerilevamento). In questa fase devono essere archiviate informazioni sul posizionamento dei punti e sulla codifica degli oggetti archiviati; SCELTA DEL SISTEMA DI RIFERIMENTO (approssimazione della superficie terrestre e del campo della gravità, scelta del sistema di coordinate); - SCELTA DELLA RAPPRESENTAZIONE CARTOGRAFICA (scelta delle equazioni matematiche che consentono di "proiettare" la superficie terrestre nel piano della carta o sullo schermo. 11 E. CRAVERO – SISTEMI INFORMATIVI TERRITORIALI CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE E GEOFISICHE 2012-2013 - UNINA

RAPPRESENTAZIONE DELLA TERRA : LE CARTE GEOGRAFICHE PRINCIPI DI CARTOGRAFIA Compito della CARTOGRAFIA è dare una conoscenza del territorio non solo generale attraverso la visione sintetica di una determinata area ma anche attraverso la visione puntuale dei singoli oggetti geografici di quell’area in relazione al rapporto di scala che viene adottato; fornire la base dello studio del territorio per finalità scientifiche, progettuali, pianificatorie, amministrative, gestionali. La CARTOGRAFIA attraverso espressioni grafiche descrive forma e dimensioni della Terra, le sue caratteristiche naturali, le trasformazioni indotte dall’Uomo 12 E. CRAVERO – SISTEMI INFORMATIVI TERRITORIALI CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE E GEOFISICHE 2012-2013 - UNINA

RAPPRESENTAZIONE DELLA TERRA : LE CARTE GEOGRAFICHE PRINCIPI DI CARTOGRAFIA Una rappresentazione cartografica stabilisce una corrispondenza biunivoca fra i punti della superficie terrestre e i punti di un piano opportunamente scelto. La corrispondenza biunivoca implica che ad ogni punto della superficie terrestre di riferimento corrisponda un punto ed uno solo della superficie piana della carta. RELAZIONE ANALITICA fra un punto P sul globo e un punto P’ sulla carta: E = f (, ) N = g (, ) La superficie di riferimento per trasformarsi sul piano dovrà necessariamente subire dilatazioni o contrazioni oppure dilatazioni in certe zone e contrazioni in altre; in ogni caso subirà delle deformazioni. 13 E. CRAVERO – SISTEMI INFORMATIVI TERRITORIALI CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE E GEOFISICHE 2012-2013 - UNINA

RAPPRESENTAZIONE DELLA TERRA : LE CARTE GEOGRAFICHE PRINCIPI DI CARTOGRAFIA Le deformazioni sono espresse da tre coefficienti che prendono il nome di MODULI DI DEFORMAZIONE: 1. Modulo di deformazione lineare : il rapporto fra la lunghezza di un elemento misurato sulla carta ed il corrispondente elemento misurato sulla superficie di riferimento ( ml ). 2. Modulo di deformazione areale : il rapporto fra una superficie misurata sulla carta e la corrispondente superficie di riferimento nella realtà ( ma ). 3. Modulo di deformazione angolare : la differenza fra un angolo misurato sulla carta ed il corrispondente misurato sulla superficie di riferimento ( m ). 14 E. CRAVERO – SISTEMI INFORMATIVI TERRITORIALI CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE E GEOFISICHE 2012-2013 - UNINA

RAPPRESENTAZIONE DELLA TERRA : LE CARTE GEOGRAFICHE PRINCIPI DI CARTOGRAFIA In funzione del valore che assume il modulo di deformazione le cartografie vengono così classificate: CARTE CONFORMI O ISOGONICHE (o ORTOMORFE o AUTOGONALI) quelle nelle quali il modulo di deformazione angolare (mα) vale zero : gli angoli dei singoli punti rimangono inalterati. Viene conservata la forma. CARTE EQUIVALENTI o AUTALICHE quelle nelle quali il modulo di deformazione areale (ma) vale 1 : vengono conservate le aree. CARTE EQUIDISTANTI quelle nelle quali il modulo di deformazione lineare (ml) vale 1 ma solo per alcune linee. CARTE AFILLATTICHE quelle nelle quali i moduli di deformazione lineare (ml) ed areale (ma) non sono uguali a 1 ed il modulo di deformazione angolare (m) non è uguale a zero ma le deformazioni, di fatto, sono molto contenute. 15 E. CRAVERO – SISTEMI INFORMATIVI TERRITORIALI CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE E GEOFISICHE 2012-2013 - UNINA

RAPPRESENTAZIONE DELLA TERRA : LE CARTE GEOGRAFICHE LA SCALA DELLE CARTE La SCALA è data dal rapporto tra una lunghezza misurata sulla carta ed una corrispondente sul terreno. La SCALA si riferisce alle LUNGHEZZE (Distanze) e non alle SUPERFICI (Aree). A causa delle deformazioni delle porzioni marginali della carta il rapporto di riduzione si conserva esattamente solo in corrispondenza del mediano centrale e del parallelo centrale della scena rappresentata. La SCALA può essere: NUMERICA oppure GRAFICA 1/50.000 1/25.000 1/10.000 1/5.000 16 E. CRAVERO – SISTEMI INFORMATIVI TERRITORIALI CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE E GEOFISICHE 2012-2013 - UNINA

RAPPRESENTAZIONE DELLA TERRA : LE CARTE GEOGRAFICHE LA SCALA DELLE CARTE SCALA NUMERICA Si classifica a secondo del rapporto di riduzione: Una carta a GRANDE SCALA (piccolo denominatore )ha un rapporto fino a 1:150.000. Una carta a PICCOLA SCALA (grande denominatore) ha un rapporto superiore a 1:150.000. Relazione: C (carta) : T (terreno) = 1 : N (rapporto) Da cui si ricava uno dei parametri conoscendone gli altri due. Le AREE aumentano in proporzione del QUADRATO DELLE LUNGHEZZE. Avremo quindi che con un rapporto di scala doppio la superficie aumenterà di 4 volte. L’area rappresentata in una carta con rapporto 1:100.000 è 4 volte maggiore di un’area con rapporto 1:50.000 e 16 volte maggiore di un’area con rapporto 1:25.000. ATTENZIONE! In alcune carte estere la SCALA è indicata come rapporto FRA DUE DIVERSE UNITA’ DI MISURA. Per es.: 1 pollice : 1 miglio terrestre, cioè: 25,4 mm : 1609,359 m per cui la scala sarà: N = T/C ; 1.609.359/25,4 = 63.360 (scala) 17 E. CRAVERO – SISTEMI INFORMATIVI TERRITORIALI CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE E GEOFISICHE 2012-2013 - UNINA

RAPPRESENTAZIONE DELLA TERRA : LE CARTE GEOGRAFICHE LA SCALA DELLE CARTE SCALA GRAFICA E’ formata da SEGMENTI di retta PROPORZIONALI alla lunghezza reale di un certo numero di unità metriche o itinerarie (km, m, mm ecc.) Il segmento di base viene DIVISO in parti corrispondenti a determinate lunghezze reali che si fanno corrispondere a ogni divisione (UNITA’ GRAFICHE). Esempio: Una scala grafica con rapporto 1:100.000 viene rappresentata con un segmento di 10 cm (corrispondenti a 10 km nella realtà), diviso in 10 parti uguali ciascuna corrispondente a 1 km. A sinistra di questa suddivisione di base il segmento continua con suddivisioni minori, frazioni del riferimento di base. La misura, senza calcoli, si effettua con l’ausilio di un compasso o di un decimetro di precisione. Si rivela molto speditiva anche se inevitabilmente approssimata. 18 E. CRAVERO – SISTEMI INFORMATIVI TERRITORIALI CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE E GEOFISICHE 2012-2013 - UNINA

RAPPRESENTAZIONE DELLA TERRA : LE CARTE GEOGRAFICHE CLASSIFICAZIONE DELLE CARTE IN BASE ALLA SCALA Col variare della scala variano CARATTERISTICHE e PRECISIONE delle carte. Le carte con scala maggiore di 1:10.000 si definiscono PIANTE e MAPPE (città, centri abitati, nuclei rurali, catastali ecc.). Le carte con scala inferiore a 1: 10.000 e fino a 1:150.000 si definiscono CARTE TOPOGRAFICHE. Rappresentano con precisione piccoli tratti della superficie terrestre e ne raffigurano rilievo, idrografia, centri abitati, strade, singole case ecc. Le carte con scala compresa fra 1:150.000 e 1:1.000.000 si definiscono CARTE COROGRAFICHE e rappresentano una regione AMPIA della superficie terrestre. Le carte PIU’ PICCOLE, con denominatore maggiore di 1.000.000 si definiscono CARTE GEOGRAFICHE e rappresentano una parte ESTESA del globo. Avremo poi i MAPPAMONDI che si differenziano in PLANISFERI (disegno unico) e PLANIGLOBI (2 emisferi separati). 19 E. CRAVERO – SISTEMI INFORMATIVI TERRITORIALI CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE E GEOFISICHE 2012-2013 - UNINA

RAPPRESENTAZIONE DELLA TERRA : LE CARTE GEOGRAFICHE CLASSIFICAZIONE DELLE CARTE IN BASE ALLA SCALA E ancora, nelle carte tecniche territoriali usiamo distinguere: Carte a piccola scala quando la stessa risulta minore di 1/25.000; carte a media scala quando la stessa risulta compresa fra 1/25.000 e 1/10.000; carte a grande scala quando la stessa risulta maggiore di 1/10.000. La CARTOGRAFIA UFFICIALE ITALIANA prevede carte a grande denominatore (per es. 1/100.000), a medio denominatore (per es. 1/25.000) , a piccolo denominatore (per es. 1/1.000). La scala della carta è fondamentale per L’USO E RIELABORAZIONE DELLE INFORMAZIONI custodite. Avremo così una migliore definizione nelle carte a media e grande scala, anche se con una rappresentazione più limitata del territorio, ed una minore definizione per le carte a piccola scala. Queste però avranno il vantaggio di rappresentare una più ampia porzione di territorio. 20 E. CRAVERO – SISTEMI INFORMATIVI TERRITORIALI CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE E GEOFISICHE 2012-2013 - UNINA

RAPPRESENTAZIONE DELLA TERRA : LE CARTE GEOGRAFICHE TIPOLOGIA DI CARTE Riconosciamo ancora: carte generali aventi la caratteristica di rappresentare la maggior quantità possibile di particolari; carte normali : rappresentano lo scenario naturale e le opere umane. Vi appartengono anche le carte marine e quelle nautiche; carte speciali o tematiche : rappresentano e mettono in risalto situazioni speciali o fenomeni naturali, caratteristiche qualitative o quantitative del suolo o degli oggetti spaziali che insistono sul territorio; carte regolari nelle quali la rappresentazione planimetrica è sempre ottenuta nel rispetto dei vincoli di precisione (tolleranza bassa) in relazione alla scala adottata; carte rilevate quelle elaborate con rilievi eseguiti direttamente sul terreno (topografiche, piante, mappe); carte derivate ricavate dalle precedenti mediante riduzione e semplificazione (corografiche, geografiche). carte speditive ottenute con procedimenti approssimati e veloci che non ne garantiscono la precisione metrica. Vi si ricorre per zone inesplorate o sprovviste di collaudata cartografia. 21 E. CRAVERO – SISTEMI INFORMATIVI TERRITORIALI CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE E GEOFISICHE 2012-2013 - UNINA

RAPPRESENTAZIONE DELLA TERRA : LE CARTE GEOGRAFICHE PRECISIONE DELLE CARTE La precisione di una carta non è esattamente definibile. Occorre ovviamente tenere presente lo spessore del tratto di disegno che ricostruisce la forma dell’oggetto geografico. Ciò va considerato in funzione del rapporto di scala della carta. Per esempio tenendo conto che una carta viene generalmente disegnata con tratto spesso 0,2 mm (default di base in fase di plottaggio), quel tratto comporterà un errore diverso in rappresentazione 1:25.000 o 1:5.000. Per valutare l’errore di tratteggio in default 0,02 mm si assumono i seguenti valori : Scala della carta Errore di tratteggio 1:25.000 5 metri 1:10.000 2 metri 1:5.000 1 metro 1:2.000 0.40 metri 22 E. CRAVERO – SISTEMI INFORMATIVI TERRITORIALI CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE E GEOFISICHE 2012-2013 - UNINA

RAPPRESENTAZIONE DELLA TERRA : LE CARTE GEOGRAFICHE PRECISIONE DELLE CARTE La PRECISIONE in senso lato di una carta può essere CONVENZIONALMENTE assunta pari a 2-4 volte l’errore di tratteggio per cui, moltiplicando (per es.) per 4 volte i valori della tabella precedente avremo come tolleranza massima di imprecisione: Scala della carta Precisione 1:25.000 20 metri 1:10.000 8 metri 1:5.000 4 metri 1:2.000 1,6 metri 23 E. CRAVERO – SISTEMI INFORMATIVI TERRITORIALI CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE E GEOFISICHE 2012-2013 - UNINA

RAPPRESENTAZIONE DELLA TERRA : LE CARTE GEOGRAFICHE PRECISIONE DELLE CARTE 24 E. CRAVERO – SISTEMI INFORMATIVI TERRITORIALI CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE E GEOFISICHE 2012-2013 - UNINA