Quando si esprime una posizione geografica in orizzontale tramite coordinate oppure in verticale con l'altezza, si dovrebbe sempre associare il valore al datum di riferimento. Questo perché esistono diversi sistemi di riferimento geodetico ed il datum è un modo univoco per indicare quello prescelto.
I vari sistemi di riferimento geodetico differiscono tra loro per la definizione dell'ellissoide di rotazione (la forma geometrica usata per approssimare la forma della Terra). Ad esempio il datum WGS72 definisce un ellissoide con semiasse maggiore di 6.378.135 metri e schiacciamento ai poli di 1/298.26, mentre il WGS84 usa i valori di 6,378,137 e 1/298.257223563 rispettivamente. Può cambiare anche l'orientamento e l'origine delle coordinate. Questo significa che lo stesso punto geografico viene indicato con coordinate (leggermente) diverse a seconda del sistema.
In altre parole conviene convincersi che le coordinate di un punto sulla superficie della terra non sono un valore assoluto, ma sono calcolate. Il datum viene utilizzato in tale calcolo e quindi cambiando il datum cambia anche il risultato.
Modificare il datum sul GPS Garmin comporta il cambiamento dei vaolri visualizzati per le coordinate; cambia solo la presentazione del dato, internamente i punti rimangono sempre memorizzati con il sistema predefinito dell'apparecchio. Si può notare che le coordinate di tutti gli waypoint salvati nel GPS cambiano appena viene scelto un datum diverso. La variazione può arrivare a diverse centinaia di metri, a seconda del datum scelto. E' quindi fondamentale impostare il datum giusto quando si vogliono confrontare le coordinate lette dal GPS con quelle di una mappa o comunque con le coordinate di un altro sistema. Ogni mappa dovrebbe indicare a quale datum riferisce le proprie coordinate.
Vedere anche questa Geodetic Datum Overview.
Alcuni datum da prendere in considerazione, l'ultimo è il più moderno e preferibile:
Sistema di riferimento ED50 (European Datum 1950). Nato nell’immediato secondo dopoguerra per soddisfare le esigenze di coordinare le cartografie dei vari Paesi europei, il sistema di riferimento ED50, analogamente al Roma40, utilizza l’ellisoide di Hayford quale superficie di riferimento, ma orientato in un punto nei pressi di Postdam, nel berlinese (orientamento medio europeo).
Le longitudini sono contate dal meridiano di Greenwich, le latitudini dall’equatore. Le coordinate geografiche di Roma Monte Mario in questo sistema sono:
La realizzazione del sistema ED50 è stata effettuata utilizzando un sottoinsieme dei vertici di 1° ordine delle reti geodetiche esistenti nei vari Paesi, sui quali è stato effettuato un calcolo di compensazione.
La rappresentazione piana del sistema geodetico ED50 avviene attraverso il sistema cartografico UTM (Universale Trasversa di Mercatore), anch’esso basato sulla rappresentazione conforme di Gauss.
Il sistema UTM prevede la suddivisione della Terra in 60 fusi aventi ciascuno ampiezza di 6° di longitudine. L’Italia ricade nei fusi 32, 33 e 34, i cui meridiani centrali si trovano rispettivamente a 9°, 15° e 21° di longitudine dal meridiano centrale di Greenwich. Il fattore di scala sul meridiano centrale è per tutti i fusi pari a 0.9996.
Anche in questo caso sono state create delle zone di sovrapposizione tra i fusi, ed è stata adottata una falsa origine per le coordinate Est, uguale per tutti i fusi, pari a 500000 metri.
Questo sistema, dotato di un ridotto grado di accuratezza, è stato utilizzato in Italia solo per scopi cartografici.
European Petroleum Survey Group. Importanti sono i codici identificativi assegnati dal Gruppo ai vari sistemi di riferimento geodetico. Ad esempio il WGS84 ha codice EPSG 4326, mentre il sistema ETRS89 ha codice EPSG 3035. Una fonte di riferimento è il file spatial_ref_sys.sql che accompagna il software PostGIS.
Map projections. Sono i sistemi geometrici per riportare sul piano la superficie curva di un ellissoide di rotazione. Ciascuno tipo di proiezione ha caratteristiche matematiche differenti e differenti deformazioni metriche. Tra le proiezioni più utilizzate abbiamo la proiezione cilindrica di Mercatore e la più famosa variante proiezione universale trasversa di Mercatore, UTM. Per le zone polari si utilizza la proiezione conica. Per la cartografia italiana ha un certo interesse la proiezione Gauss-Boaga, utilizzata storicamente dall'Istituto Geografico Militare ed altri enti pubblici, sostituita con l'UTM solo a partire dagli anni '80.
Tutorial su Cartographical Map Projections.
Proiezione cartografica cilindrica. Il cilindro di proiezione è parallelo all'asse di rotazione terrestre. Meridiani e paralleli si intersecano ad angolo retto, i meridiani sono equamente distanziati mentre i paralleli si distanziano maggiormente verso i poli. Distorsione accettabile dall'equatore fino all'84° parallelo. Una caratteristica importante di questa proiezione è che per percorrere una linea retta sulla carta basta seguire esattamente la corrispondente direzione della bussola.
Recommended by the EEA (European Environmental Agency) for storing raster data, for statistical analysis and for map display purposes. It is to be used for small scale mapping 1:500 000 or smaller applications including
The name of the coordinate reference system is ETRS89. The European terrestrial reference system 1989 (ETRS89) is the geodetic datum for pan-European spatial data collection, storage and analysis. It is based on the GRS80 ellipsoid and is the basis for a coordinate reference system using ellipsoidal coordinates. The ETRS89 ellipsoidal coordinate reference system is recommended to express and to store positions.
See the EEA GIS recommendation.
Proiezione cartografica cilindrica, il cilindro di proiezione è perpendicolare all'asse di rotazione terrestre. I paralleli sono pertanto equamente distanziati. Per mantenere entro livelli minimi la distorsione ad est e ovest la Terra è stata suddivisa in 60 spicchi (numerati da 1 a 60) e ciascuno di essi proiettato indipendentemente. L'estensione longitudinale va da 80°S fino a 84°N ed è stata suddivisa in 20 bande (quella più a sud è identificata dalla lettera C, quella più a nord dalla X). Un punto sulla superficie terrestre viene pertanto identificato da coordinate del tipo: 15 S 0343896 4302079, dove i valori sono rispettivamente: la zona UTM, la banda UTM, i metri dal bordo est e i metri dal bordo nord.
Geodetic reference systems. Sistemi di riferimento basati su coordinate per descrivere in modo matematico una posizione geografica. Si tratta di modelli geometrici basati su ellissoidi di rotazione utilizzati per descrivere la forma della Terra e la posizione orizzontale su di essa. La posizione verticale si esprime invece tramite modelli basati sulla gravità detti geoidi. Ciascun sistema è identificato dal suo datum che identifica la forma, la posizione e l'orientamento del modello rispetto alla Terra e alla sua superficie.
La conversione delle coordinate di un punto da un sistema di riferimento ad un altro non è operazione semplice, i programmi per computer su piattaforma GNU/Linux generalmente usano la libreria Proj per questo scopo. Vedere anche questa pagina per alcune informazioni su WGS84, ED50 e Gauss-Boaga Roma 40.
Sistema di riferimento Roma40. La nascita di questo sistema di riferimento, definito anche Sistema Nazionale, può essere fatta risalire al 1940 allorché la Commissione Geodetica Italiana, a seguito della Risoluzione del 1924 dell’Associazione Internazionale di Geodesia, decise di adottare l’ellissoide di Hayford 1909 (divenuto ellissoide internazionale nel 1924) come superficie di riferimento, i cui parametri identificativi sono:
L’Istituto Geografico Militare fu successivamente incaricato di trasformare in questo sistema le coordinate dei vertici trigonometrici riferiti a quello precedente, basato sull’ellissoide di Bessel 1841.
Nel sistema di riferimento Roma40 l’orientamento dell’ellissoide è impostato sulla verticale del punto Roma Monte Mario (con azimut su Monte Soratte), caratterizzato dai seguenti valori astronomici (definizione 1940):
Ai fini della rappresentazione cartografica del sistema geodetico Roma40 è stata adottata la rappresentazione conforme di Gauss-Boaga, con fattore di scala di 0.9996.
Questo sistema si compone di due fusi per la rappresentazione dell’intero territorio nazionale, ciascuno di ampiezza pari a circa 6°30’, rispettivamente indicati con la denominazione fuso “Ovest” e fuso “Est”. Il fuso Ovest si estende dal meridiano posto a -6°27’08.40’’ da Roma Monte Mario (6° da Greenwich) al meridiano 0°, passante per Roma Monte Mario (12°27’08.40’’ da Greenwich) e ha il meridiano centrale a -3°27’08.40’’ da Roma Monte Mario (9° da Greenwich). Il fuso Est si estende dal meridiano posto a -0°30’ da Roma Monte Mario (11°57’08.40’’ da Greenwich) fino a poco oltre il meridiano posto a 6°02’51.60’’ da Roma Monte Mario (18°30’ da Greenwich), in modo da includere al suo interno l’estremità orientale della penisola salentina, e ha il meridiano centrale a 2°32’51.60’’ da Roma Monte Mario (15° da Greenwich). I due fusi risultano quindi sovrapposti per 30’ in longitudine.
Per evitare di esprimere con coordinate negative punti situati a occidente dei due meridiani centrali sono state adottate due false origini pari a 1500000 metri per il fuso Ovest e 2520000 metri per il fuso Est.
Il sistema Roma40 è ancora oggi utilizzato per fini geodetici e topografici e a esso è riferita la rete italiana fondamentale di triangolazione, la Carta d’Italia al 100000 e al 25000. La maggior parte della cartografia tecnica oggi prodotta dalle regioni in formato digitale è inquadrata in tale sistema di riferimento.
World Geodetic System 1984. Sistema di riferimento geodetico concepito per coprire tutto il globo terrestre. Nasce per superare le limitazioni dei precedenti datum come l'European Datum (ED), il North American Datum (NAD) e il Tokyo Datum (TD).
Il sistema di riferimento WGS84 è un sistema globale geocentrico, definito attraverso osservazioni spaziali e costituito da una terna cartesiana destrorsa con origine coincidente con il centro di massa della Terra, l’asse Z diretto verso il polo Nord convenzionale al 1984, l’asse X passante per il meridiano di Greenwich al 1984 e l’asse Y diretto in modo da completare una terna destrorsa. A questo sistema è associato l’ellissoide WGS84, anch’esso definito attraverso osservazioni spaziali, con centro e assi coincidenti con quelli della terna cartesiana. L’ellissoide WGS84 è definito dai seguenti parametri:
La realizzazione su scala mondiale del WGS84, sistema di riferimento per i posizionamenti effettuati con strumenti GPS, è curata dal Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti, che con una rete di stazioni a terra gestisce la costellazione di satelliti.
In ambito europeo la realizzazione del sistema WGS84 è costituito dall’ ETRS89 (EUREF Terrestrial Reference System 1989), un sistema solidale con la placca eurasiatica, definito sul terreno da una rete di punti determinati con una compensazione d’insieme delle misure satellitari e spaziali disponibili al 1989.
A livello nazionale il sistema WGS84 è stato realizzato con l’istituzione della rete geodetica tridimensionale di alta precisione, denominata IGM95, rilevata con strumenti di posizionamento GPS differenziale.
Le coordinate del punto Roma Monte Mario nel sistema WGS84 sono:
La rappresentazione piana del sistema WGS84 avviene attraverso il sistema cartografico UTM.
Geospatial Data Abstraction Library. GDAL is a translator library for raster geospatial data formats that is released under an X/MIT style Open Source license. As a library, it presents a single abstract data model to the calling application for all supported formats. The related OGR library (which lives within the GDAL source tree) provides a similar capability for simple features vector data. See http://www.gdal.org/.
Geographic Markup language.
OGDI is the Open Geographic Datastore Interface. OGDI is an application programming interface (API) that uses a standardized access methods to work in conjunction with GIS software packages (the application) and various geospatial data products. OGDI uses a client/server architecture to facilitate the dissemination of geospatial data products over any TCP/IP network, and a driver-oriented approach to facilitate access to several geospatial data products/formats.
The OGR Simple Features Library is a C++ open source library (and commandline tools) providing read (and sometimes write) access to a variety of vector file formats including ESRI Shapefiles, S-57, SDTS, PostGIS, Oracle Spatial, and Mapinfo mid/mif and TAB formats. OGR is a part of the GDAL library.
From the Wikipedia: The ESRI Shapefile is a data-type used in many Geographic Information Systems software products. It was originated by ESRI primarily for use with their product ArcView. ESRI established the shapefile format. Many non-ESRI products may use the shapefile format; however they still have to meet the format established by ESRI if they wish to use the term shapefile properly.
Web Feature Server. Instead of returning images, as Web Map Servers traditionally do, a WFS server can provide fine-grained information about specific geospatial features of the underlying data, at both the geometry AND attribute levels.
Web Map Server. Using a network of Web Map Servers, clients can build customized maps. WMS servers interact with their clients via the HTTP protocol, in most cases, a WMS server is a CGI program. The objects returned to the clients are raster images. UMN MapServer can be configured to serve as a WMS, see this HOWTO.
The Shuttle Radar Topography Mission (SRTM) is based on single-pass radar interferometry, for which two radar antennas were mounted onto the Space Shuttle to simultaneously take two images from slightly different locations. One antenna was in-board, the other at the end of a 60 meter mast. The sent radar signal was reflected back and received by both the main and outboard antennas.
See the paragraph SRTM and VMAP0 data in OGR and GRASS in the GRASS-News vol.3, Jun-2005.