Questo lavoro riguarda i problemi causati e le possibilità offerte dal passaggio dalla cartografia tradizionale a quella digitale

Mangione, Giuseppe

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IntroduzioneLa rivoluzione copernicana della cartografia, costituita dal passaggio dal supporto cartaceo a quel-lo digitale, si è ormai consumata. Nella pratica professionale degli operatori del settore, l’uso dellecarte stampate va sempre più riducendosi a momenti di semplice presentazione finale dei lavori,piuttosto che all’elaborazione e alla gestione del dato cartografico. I vantaggi dell’uso della carto-grafia numerica sono innegabili ed evidenti, e comprendono le innumerevoli possibilità di auto-matizzare operazioni e calcoli, oltre ad un netto miglioramento della precisione delle elaborazio-ni su dati geografici. Tuttavia, il passaggio alla cartografia numerica non fornisce da sé la possibilità di aumentareindefinitamente la precisione e l’accuratezza degli elaborati cartografici. Bisogna continuare a farei conti con la qualità delle informazioni contenute nella cartografia ed è sempre più necessario insi-stere sulla creazione di competenze professionali specialistiche, che consentano di comprenderele potenzialità e i limiti delle tecnologie della cartografia digitale.In questo documento solleviamo alcune provocazioni relative ad un uso poco avveduto dellacartografia numerica e dei software CAD ed ai rischi che ne possono derivare. Accenneremo ad una soluzione tecnica che, a nostro parere, può essere ulteriormente inda-gata al fine di evitare tentazioni e semplificazioni nella lettura di misure su cartografia numerica.E, infine, concluderemo sottolineando la necessità imprescindibile di ampliare la cultura geo-grafica in generale alla platea sempre più ampia degli utilizzatori della cartografia numerica. La scala nominaleIl concetto di scala riveste un ruolo fondamentale nella cartografia classica: come è ampiamentenoto, con scala si intende il rapporto che sussiste tra le dimensioni di un’entità riportate sulla cartae quelle reali. Con la visualizzazione al calcolatore della cartografia numerica, in special modo della cartogra-fia vettoriale, questa accezione della scala perde decisamente di interesse. Infatti, l’utilizzatore puòdecidere di visualizzare una carta virtualmente a qualsiasi scala, ingrandendola fino a determinaredettagli di dimensioni infinitesime. Tuttavia, la scala è stata tradizionalmente utilizzata nella cartografia classica anche in fase dicostruzione delle mappe, per determinare i canoni cartografici con cui determinarne e costruirnei contenuti  qualitativi e metrici. Come è noto, infatti, il livello di dettaglio con cui una carta descri-ve la realtà dipende fortemente dalla sua scala: una carta a grande scala (ad es. 1:1000) riportaben più dettagli del terreno rappresentato rispetto a una carta con scala più piccola (ad es.1:25000). 189Bollettino A.I.C.  nr.  138 / 2010LETTURA DELLE MISURE DALLA CARTA AL NUMERICOGiuseppe Mangione**  Presidente AGIT (Associazione Geometri Italiani Topografi)AIC nr.138 - parte2  18-06-2010  11:40  Pagina 189191Nella cartografia tradizionale, la dimensione minima delle entità reali apprezzabili sulla carta èdettata dalla dimensione del tratto di una penna, il cosiddetto “errore di graficismo” (e.g.). Perquesto motivo la dimensione minima degli oggetti che vanno riportati su una carta ad una deter-minata scala è assunta come pari all’errore di graficismo, convenzionalmente considerato pari a0,2mm. Allo stesso modo, la tolleranza sulla posizione di un oggetto non può essere inferioreall’errore di graficismo.Ad esempio, per una carta in scala 1:2000 si assume che gli oggetti più piccoli che si possanorappresentare abbiano una dimensione di:Ancora, è lecito supporre che le posizioni degli oggetti riportati su una carta in scala 1:2000abbiano un’incertezza sulla posizione di 40cm.In questa prospettiva, il concetto di scala va certamente salvaguardato e considerato anchenella cartografia numerica. È fondamentale, difatti, riconoscere il contenuto metrico, ossia la pre-cisione e il dettaglio degli oggetti rappresentati in una cartografica numerica per capire, in fase dilettura della cartografia, quali informazioni è lecito estrarre e, di conseguenza, mantenere gli erro-ri all’interno di tolleranze prefissate.  È evidente che il contenuto metrico di una cartografia èdeterminato dalle modalità e dal livello di dettaglio con cui essa è stata redatta. In modo altrettan-to evidente, il costo di produzione di una cartografia cresce esponenzialmente se si intendeaumentarne il livello di dettaglio. Per tener conto dei concetti appena espressi, si è introdotto il concetto di scala nominale diuna cartografia numerica come il rapporto di scala che avrebbe una carta tradizionale con lo stes-so contenuto metrico e qualitativo. Dunque, la scala nominale ricopre due significati altrettanto rilevanti:- è il rapporto di scala massimo a cui è “lecito” visualizzare/stampare una cartografia numerica.Resta inteso dunque che ingrandimenti ulteriori non portino a scoprire informazioni ulterioririspetto a quelli visibili alla scala nominale, ma siano utili unicamente a definire meglio oggettiriconducibili al livello di dettaglio della scala nominale;- è un parametro di progetto determinante per la redazione di una cartografia numerica, inquanto determina la dimensione minima degli oggetti rappresentabili sulla carta. Poiché i costidi produzione di una cartografia, tradizionalmente, crescono con legge esponenziale all’au-mentare della scala di rappresentazione, la scala nominale va tenuta debitamente in conto perstimare i costi e le modalità di redazione della cartografia numerica.Misure di distanza È un concetto ampiamente consolidato quello che la rappresentazione su carta o, analogamente,in formato numerico bidimensionale di informazioni geografiche necessita di trasformazioni cheintroducono deformazioni rispetto alla realtà fisica. L’operazione di proiezione cartografica è propriola trasformazione di coordinate geografiche, espresse con riferimento a opportuni modelli della su-perficie terrestre, in coordinate cartesiane sul piano.  Le proiezioni cartogratiche usate più comu-nemente in Italia, quella di Gauss (usata nei sistemi Gauss-Boaga, UTM-ED50 e UTM-WGS84) e190Nr. 138 / 2010AIC nr.138 - parte2  18-06-2010  11:40  Pagina 190quella di Cassini-Soldner (usata in ambito cata-stale), introducono entrambe deformazioniche vanno tenute in conto per non incorrerein errori di valutazione e di interpretazione deidati.Chiariamo un possibile errore in cui sipotrebbe incorrere nelle misure di distanza sucartografia numerica attraverso un esempio,riferito al sistema Gauss-Boaga. In Figura 1 èriportato uno schema della deformazioneintrodotta da parte della proiezione Gauss sullacoordinata longitudinale per il fuso Ovest. Ilmodulo di deformazione cartografica m è defi-nito come il rapporto  tra un arco infinitesimods’ preso su una sezione normale all’ellissoidee il corrispondente arco ds riportato sullacarta. Il modulo di deformazione cartografica relativo alla proiezione Gauss varia lentamente lungola direzione Est-Ovest come mostrato in Figura 1 e può essere considerato come costante perestensioni dell’ordine dei 1km.  Supponiamo di misurare una distanza di 1000m su una carta digitale, con un’applicazioneCAD, utilizzando semplicemente il teorema di Pitagora, in due zone diverse: a ridosso del meri-diano centrale del Fuso Ovest (9° di longitudine) o al limite estremo del fuso (12° di longitudine).Alla medesima lettura di 1000m effettuata sullo schermo corrisponde, per effetto della deforma-zione delle carte di Gauss, una distanza reale pari a circa 1000.4m, se ci si trova in prossimità delmeridiano centrale del fuso, oppure una distanza di circa 999,6m, se ci si trova all’estremo delfuso. È evidente che, se ci si fidasse della lettura della distanza fatta a schermo, si commettereb-be un errore circa 40cm su una distanza di 1km.Per calcolare correttamente la distanza reale corrispondente a quella catturata sullo schermoè necessario tenere in conto il modulo di deformazione cartografica medio nell’intorno del puntoconsiderato m e calcolare la distanza longitudinale come .Ovviamente, la rilevanza di semplificazioni di questo tipo dipende fortemente dall’ambito appli-cativo particolare su cui si sta lavorando. A titolo di esempio, in applicazioni di demografia posso-no ritenersi accettabili tolleranze sulle misure di distanze dell’ordine delle decine di metri, mentreè assolutamente evidente che errori simili non siano tollerabili in lavori di tipo topografico.È dunque necessario che l’utilizzatore della cartografia numerica sia in primo luogo a cono-scenza di situazioni di questo tipo e che ne tenga conto opportunamente nelle elaborazioni fatteal calcolatore.Tolleranza sulle misure prese su cartografia numericaL’utilizzo dei software CAD per leggere e interpretare cartografia numerica può portare utenti ine-191GIUSEPPE MANGIONEFig. 1 - Il modulo di deformazione m per cartografiaGauss-Boaga produce differenze tra le distanze lette sulla carta e quelle realiAIC nr.138 - parte2  18-06-2010  11:40  Pagina 191193sperti all’illusione di ottenere unaprecisione illimitata, andando benoltre rispetto al contenuto e allaqualità della cartografia stessa. Per chiarire il concetto, consi-deriamo l’esempio riportato in Fi-gura 2, in cui si illustra la lettura diuna distanza presa con un softwa-re CAD su una cartografia nume-rica. Molti CAD odierni memoriz-zano le coordinate delle entitàpresenti nella cartografia con l’uni-tà di misura dei millimetri. In Figura2, ad esempio, si mostra come ladistanza presa tra due punti di unacartografia sia apparentementeletta fino con precisione di un millimetro (nella fattispecie 1415,355m). Tuttavia, come si evince dalla discussione riportata nei paragrafi precedenti, per giungere aduna lettura della misura più aderente alla realtà  è necessario tenere conto dei due parametri dellascala nominale e del modulo di deformazione cartografica medio per la zona di interesse. Solo con-siderando questi parametri, si comprende che la misura letta su schermo non può essere consi-derata attendibile, ma va considerata con un certo margine di accuratezza, o tolleranza.In questo modo, si riconosce che la lettura della distanza è intrinsecamente affetta da un’incer-tezza di 1m, per cui non ha senso considerare le cifre decimali rilevate a schermo!Una proposta: salvare parametri qualitativi nella cartografia numericaLe argomentazioni svolte nei paragrafi precedenti riguardano alcuni parametri, la scala nominale eil modulo di deformazione cartografica, su cui, a nostro avviso, è utile mantenere accesa l’atten-zione per un utilizzo corretto della cartografia numerica. Come descritto nella sezione preceden-te, un utilizzatore di CAD poco avveduto sarebbe tentato a leggere distanze e posizioni sulla pro-pria cartografia con precisione (quasi) illimitata.Per evitare situazioni di questo genere, sarebbe auspicabile che i parametri qualitativi di cui siè parlato, la scala nominale e il modulo di deformazione cartografica medio, rientrino tra i “dati ditarga” di ogni cartografia numerica. Se, difatti, la scala nominale è un parametro di cui si tiene conto nella fase di redazione di unacartografia numerica e, dunque, essa possa essere rinvenuta tra i parametri che qualificano la car-tografia stessa, non è detto che tale parametro sia direttamente visibile e/o consultabile da un uti-lizzatore finale della cartografia numerica. Allo stesso modo, se i parametri relativi alla proiezione cartografica di una cartografia numeri-ca sono spesso contenuti tra le informazioni che descrivono la cartografia, non è affatto detto cheparametri di utilizzo più immediato, come il modulo di deformazione cartografica medio, siano192Nr. 138 / 2010Fig. 2 - Esempio di calcolo della tolleranza su una distanza letta su CADAIC nr.138 - parte2  18-06-2010  11:40  Pagina 192direttamente disponibili, ad esempio, per correggere una distanza letta a schermo.Per questo motivo, proponiamo di inserire questi due parametri all’interno della cartografianumerica, tra i cosiddetti metadati, ovvero tra i dati che descrivono il contenuto e la forma deidati più prettamente geografici. Molti tra i formati di memorizzazione usati più comunemente per il salvataggio di cartografianumerica (Autocad DWG, Esri ECW, GeoTiff) già possiedono ampi insiemi di metadati, capaci didescrivere in modo assai efficace le caratteristiche della cartografia numerica. Tuttavia, al megliodella nostra conoscenza, non sono stati ancora previsti campi specifici per la memorizzazione deiparametri di cui si è discusso in questo documento. Se all’interno di ogni cartografia numerica si inserissero informazioni sulla scala nominale e sulmodulo di deformazione cartografica medio si potrebbe immaginare un loro utilizzo automaticoda parte dei software CAD per conferire maggiore accuratezza e attendibilità alle operazioni con-dotte sulla cartografia. Queste informazioni aggiuntive potrebbero essere utilizzate con profittoall’interno di algoritmi e calcoli comunemente effettuati dai software CAD e risolvere incongruen-ze simili a quella riportata nella sezione precedente di questo documento. ConclusioniÈ indubbio che il passaggio dalla cartografia tradizionale a quella numerica ha dischiuso applicazio-ni e funzionalità assolutamente nuovi e significativi per i dati geografici, allargando a dismisura lepotenzialità di un segmento fino a pochi anni fa considerato di nicchia. La disponibilità di strumen-ti software sempre più intuitivi sta rendendo l’utilizzo della cartografia numerica molto diffuso epervasivo, anche da parte di fruitori non professionali. Questo ampliamento della disponibilità tec-nologica, tuttavia, non è sempre accompagnato da una altrettanto auspicabile diffusione dellecompetenze e delle conoscenze necessarie per un utilizzo consapevole dei dati estratti dalla car-tografia numerica.In questo documento abbiamo posto l’attenzione, attraverso semplici esempi, su alcuni para-metri cartografici normalmente poco considerati ma che, a nostro avviso, vanno tenuti in debitoconto per utilizzare in modo consapevole la cartografia numerica. Abbiamo proposto di inserire nuovi metadati riassuntivi della qualità e delle caratteristiche dellacartografia, quali la scala nominale e informazioni relative alla deformazione cartografica, diretta-mente all’interno della cartografia numerica, in modo da rendere più attendibili le misure lette sullacartografia. Tale proposta, ovviamente, va verificata in  rapporto allo scenario attuale dei formati di salva-taggio della cartografia numerica. Infatti, potrebbe risultare più semplice inserire un nuovo para-metro all’interno di un formato di memorizzazione di tipo aperto, rispetto al caso di formati dimemorizzazione proprietari. In sintesi, in questo documento abbiamo cercato di proporre una provocazione duplice:- da un lato, fare una richiesta ai produttori di software CAD e agli enti di standardizzazione deiformati di memorizzazione della cartografia numerica, affinché affrontino fonti di errore comu-ne, del tipo di quelle sottolineate in questo documento, e rendano più espliciti i legami tra tol-leranza e precisione delle misure;193GIUSEPPE MANGIONEAIC nr.138 - parte2  18-06-2010  11:40  Pagina 193195- dall’altro, continuare a chiedere agli utilizzatori dei software CAD di mantenere e arricchire ilbagaglio culturale necessario per approcciarsi ai dati cartografici. Per nessuna ragione si puòderogare sulle competenze necessarie per la comprensione delle operazioni che si eseguonoquotidianamente sui dati cartografici.194Nr. 138 / 2010AIC nr.138 - parte2  18-06-2010  11:40  Pagina 194

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