Per la progettazione di un impianto di irrigazione aziendale è necessario disporre di un’adeguata cartografia di base che evidenzi nel dettaglio l’altimetria delle superfici da irrigare. Infatti, scelto la tipologia di impianto (aspersione, microirrigazione) e il modello di dispositivi di erogazione da utilizzare, è necessario procedere al tracciamento e al successivo dimensionamento idraulico della rete, che non può prescindere dalla conoscenza della morfologia del suolo.
La rappresentazione plano-altimetrica del territorio può essere effettuata attraverso un rilievo topografico di dettaglio, che tradizionalmente può essere condotto mediante l’utilizzo di strumenti quali GPS topografici o distanziometri. È noto, tuttavia, che l’utilizzo di dettagli significativi risulta particolarmente oneroso in termini di tempi e costi. In tali casi, molto spesso si fa riferimento alla cartografia tecnica in scala 1:10000 che però contiene pochi dettagli ai fini del caso, oppure alla cartografia più dettagliata in scala 1:2000, la cui disponibilità è purtroppo ancora limitata a solo aree urbane.
Livello di precisione delle carte topografiche
Generalmente le carte assumono nomi specifici a seconda della scala adottata; solitamente si distinguono:
- carte geografiche per scale da 1: 1.000.000 in giù
- mappe corografiche per scale da 1:1.000.000 a 1:100.000
- carte topografiche per scale comprese tra 1:100.000 e 1:10.000
- cartografie tecniche separate in carte a scala media (da 1: 10.000 a 1: 5.000), a scala grande (da 1: 5.000 a 1: 1.000) o a scala molto grande (da 1: 1.000 a 1: 500).
La precisione e il livello di dettaglio della mappa sono direttamente correlati alla scala desiderata. È chiaro che una scala di grandi dimensioni necessita di una precisione maggiore rispetto a una scala molto piccola. Per indicare l’accuratezza di una mappa si fa solitamente riferimento a due coefficienti, chiamati mp (errore planimetrico medio) e ma (errore altimetrico medio). Tali coefficienti indicano gli errori medi nella posizione di un punto sulla carta ottenuta da una copia stampata della stessa stampata su supporto indeformabile.
In generale, l’errore planimetrico medio è stabilito in un valore compreso tra ± 0,2 e ± 0,5 mm, sulla scala della carta; ad esempio, in una mappa in scala 1: 10.000 sarebbe da ± 2 a ± 5 m, mentre in una mappa in scala 1: 2000 sarebbe da ± 0,4 a ± 1 m.
L’errore altimetrico medio è invece fissato in un valore compreso tra ± 0,02 e ± 0,2 mm sulla scala della carta per le altezze numeriche scritte per esteso sulla carta rilevate in corrispondenza dei dettagli del terreno, mentre per le quote ricavate dalle curve di livello, è fisso un valore compreso tra ± 0,1 e ± 0,5 mm, sempre sulla scala della mappa; infatti alla scala 1:10.000 si otterrebbe da ±1 a ±5m, mentre alla scala 1:2000 si otterrebbe da ±0,2 a ±1m.
Rilievo topografico con il servizio Google Earth
Il rilievo plano-altimetrico di un terreno dove installare un impianto di irrigazione può essere realizzato anche attraverso il servizio Google Earth. Google Earth è un software che genera immagini virtuali della Terra utilizzando immagini satellitari, fotografie aeree e dati topografici archiviati in una piattaforma GIS (Geoographic Information System).
Google Earth è anche un’applicazione grafica tridimensionale che permette di visualizzare fotografie aeree e satellitari della Terra con un dettaglio abbastanza elevato. Nelle principali città del pianeta il programma è in grado di mostrare immagini con una risoluzione inferiore a un metro quadrato.
Google Earth può consentire la localizzazione di un punto attraverso coordinate geografiche, indirizzi o semplicemente esplorando le varie regioni del pianeta scorrendo con il mouse le immagini del globo. La maggior parte delle immagini satellitari delle grandi città sono disponibili in alta risoluzione, in modo da poter vedere chiaramente edifici, strade e persino automobili. Il livello di risoluzione dipende dall’importanza del luogo: se per le grandi città la risoluzione è particolarmente elevata, per gran parte della crosta terrestre si aggira intorno ai 15 metri. La risoluzione si riferisce al massimo livello di dettaglio consentito da un punto di vista planimetrico.
Google Earth è riuscito a ottenere attraverso la Shuttle Radar Topography Mission (SRTM) un modello digitale dell’elevazione su scala quasi globale da 56°S a 60°N. Attualmente la risoluzione dei dati a livello globale è di 3 secondi (circa 90 metri) mentre per i soli Stati Uniti è 1 secondo corrispondente a 30 metri. Questi dati consentono una ricostruzione accurata della maggior parte delle catene montuose del mondo.
Google ha inoltre avviato da tempo una campagna di acquisti di cartografia (immagini satellitari e informazioni GIS) da importanti fornitori internazionali tra cui Tele Atlas, US Navy, Europe Technologies, DigitalGlobe e Cnes/Spot Image. I diversi fornitori hanno fornito materiale cartografico e fotografico per le diverse aree geografiche che coprono diversi periodi di realizzazione.
Dal maggio 2006 Google rende disponibili i dati riguardanti l’Italia, fornendo servizi come la ricerca di indirizzi, aziende e percorsi, che fino a poco tempo fa erano abilitati solo in Inghilterra e negli Stati Uniti.
Precisione di Google Earth: qualità e affidabilità del rilievo topografico
Una ricerca effettuata nel 2009 presso il Dipartimento di Ingegneria e Tecnologie Agroforestali della Facoltà di Agraria dell’Università degli Studi di Palermo ha verificato l’utilizzabilità del servizio Google Earth per il rilievo plano-altimetrico di un’area di territorio.
Nel corso di questa ricerca è stato valutato il livello di accuratezza del rilievo ottenibile dal servizio Google Earth rispetto alle tradizionali cartografie in scala 1:10000, 1:2000 o con quelle ottenute tramite il rilievo dettagliato, che solitamente vengono utilizzate dai tecnici durante la progettazione degli impianti di irrigazione.
Lo studio è stato condotto confrontando i valori delle altitudini e delle pendenze stimate a partire dai dati rilevati dal software Google Earth, rispetto a quelli determinabili con le cartografie disponibili o quelli generati dal rilievo di dettaglio.
Il confronto ha riguardato due aree ricadenti in due aziende agricole del territorio siciliano (Licata e Rapitalà), i cui territori presentano una morfologia diversa.
L’azienda di Licata è ubicata nel comune di Bompensiere (CL), in contrada Fontanazza, a nord-ovest del centro abitato ed è identificata sulla cartografia IGM scala 1:25.000 al F° 267 II NO Montedoro (Fig 5.1). L’intera superficie aziendale è di circa 50 ha suddivisi in diversi settori colturali. La morfologia del territorio è caratterizzata dall’alternanza di zone pianeggianti e zone con pendenze variabili dal 5% al 25%, con altitudini che vanno dai 170 m s.l.m. (nei pressi del fiume Gallo D’Oro) ai 284 m s.l.m. (sulla piazza in antistante la sede aziendale).
L’azienda Rapitalà è ubicata nel comune di Camporeale (PA) ed è identificata sulla cartografia IGM scala 1:25.000 ai Fogli 258 IV NW-NE-SW-SE Camporeale (Fig 5.2). L’intera superficie aziendale è di circa 175 ettari di cui 105 coltivati a vigneto; la morfologia del territorio è prevalentemente collinare, con altitudini comprese tra i 300 ei 600 m slm e pendenze medie intorno al 10%.
Metodologia utilizzata
Per rilevare le caratteristiche morfologiche delle due aziende, sono stati innanzitutto effettuati due rilievi topografici dettagliati, in scala 1:2000, con l’ausilio di un distanziometro d’onda NIKON DTM 310, per mezzo del quale sono state misurate le coordinate piane. . elevazione dei punti delle superfici aziendali (50 ha per l’azienda Licata e 12 ha per l’azienda Rapitalà). Per quanto riguarda l’azienda di Licata è stato dapprima individuato e rilevato il poligono di appoggio, composto complessivamente da 10 vertici, di cui 5 costituenti un poligono chiuso e gli altri 5 appoggiati su di esso, che è stato riferito ad un sistema di riferimento locale.
Per l’azienda Rapitalà è stato invece rilevato un poligono chiuso composto da 3 vertici, anch’essi riferiti ad un sistema di riferimento locale. In entrambi i casi i lati e gli angoli del poligono sono stati rilevati più volte per migliorare la precisione delle misurazioni sia lineari che angolari. Il poligono è stato quindi compensato sia dal punto di vista angolare (per rispettare la condizione geometrica secondo la quale la somma degli angoli interni deve essere pari al valore teorico [(n-2) × 200c], dove n è il numero degli angoli del poligono), sia dal punto di vista lineare (in modo che le coordinate planimetriche del primo punto e dell’ultimo vertice coincidano). Le coordinate planimetriche sono state successivamente riferite anche al sistema UTM della cartografia nazionale.
Dopo aver proceduto alla compensazione planimetrica del poligono, è stata effettuata la compensazione altimetrica, avendo preventivamente verificato che l’errore altimetrico di chiusura “T∆” fosse inferiore al limite di tolleranza altimetrica. Una volta individuato il poligono di appoggio e calcolate le coordinate plano-altimetriche, è stata poi rilevata nel dettaglio la superficie aziendale.
Le figure 1 e 2 mostrano rispettivamente la posizione planimetrica dei vertici del supporto poligonale per le aziende Licata e Rapitalà, nonché i punti rilevati all’interno della superficie aziendale. Per effettuare i suddetti rilievi sono stati necessari circa 3 mesi di lavoro.
Figura 1 – Pianta dei punti topografici dell’azienda di Licata scala 1:4.000
Figura 2 – Pianta dei punti di rilievo topografico della Compagnia Rapitalà, scala 1:4.000
Dopo aver ottenuto i diversi dati plano-altimetrici riguardanti i due poderi (rilievo topografico dettagliato in scala 1:2000, cartografia tecnica regionale in scala 1:10000 e rilievo ottenuto dal plug-in di Google Earth), si è proceduto al confronto tra i valori delle azioni ottenuti attraverso le diverse metodologie.
Considerando che questo confronto è reso possibile solo dall’esistenza di un sistema di riferimento unico e condiviso, è stato necessario convertire le coordinate della CTR (Cartografia Tecnica Regionale) (riferite al sistema nazionale Gauss Boaga) e quelle dei rilievi di dettaglio ( riferito al sistema europeo UTM-ED50) nel sistema di coordinate UTM-WGS84 utilizzato da Google Earth. Questa conversione delle coordinate è stata effettuata mediante l’uso del software per computer TRASPUNTO, il cui algoritmo si basa su un sistema di equazioni lineari:
NGauss-Boaga = a NUTM + b MUE + c (eq. 1)
EGauss-Boaga = d NUTM + e MUE + f (eq. 2)
dove a, b, c, d, e, f sono coefficienti dipendenti dalle aree di appartenenza dei punti.
Ottenute tutte le coordinate riferite ad un unico sistema di riferimento, si è proceduto, tramite il software ArcView®, alla sovrapposizione dell’immagine 2D ottenuta da Google Earth con la cartografia in scala 1:10.000 e con i punti del rilievo topografico, in ordine a verificare i dislivelli e le pendenze calcolate con i diversi metodi e valutarne l’entità. La sovrapposizione delle immagini è stata seguita nell’ordine dai seguenti passaggi:
Fase 1: Digitalizzazione e trasformazione delle curve di livello della cartografia in scala 1:10.000 in punti e successiva interpolazione, al fine di ottenere un file DEM CTR (DEM della Cartografia Tecnica regionale)
Fase 2: interpolazione dei punti del rilievo di dettaglio per ottenere il file DEM RT (DEM del Rilievo di Dettaglio)
Passo 3: Creazione del file DEM GE (DEM del servizio Google Earth)
Fase 4: Creazione di griglie a due punti che coprano l’intera estensione delle aziende oggetto di studio al fine di confrontare le quote rilevate dai DEM CTR con quelle ottenute dal DEM GE
Fase 5: Suddivisione delle aree aziendali in superfici più piccole e tracciamento al loro interno di sezioni su cui confrontare i DEM ottenuti (DEM CTR , DEM GE , DEM RT ).
I grafici sotto riportati (Fig. 3 e Fig. 4) mostrano, per le due aree in esame, il confronto tra le quote del territorio ottenute con il servizio Google Earth e la cartografia tecnica regionale 1:10.000.
Figura 3 – Confronto tra le azioni DEMCTR e DEMGE della società di Licata
Figura 4 – Confronto tra le azioni DEMCTR e DEMGE della società Rapitalà
Da un primo confronto effettuato tra le quote ottenute da Google Earth e quelle ottenute utilizzando la cartografia (CTR) relativa all’azienda di Licata e all’azienda Rapitalà, è evidente che per ciascun punto i valori delle quote ottenute utilizzando le due procedure sono molto stretti tra loro.
Le figure seguenti (fig. 5 e fig. 6) mostrano l’errore relativo alla misurazione delle altezze per i vari punti esaminati:
Figura 5 – Errore connesso al valore delle azioni stimate tramite Google Earth dell’azienda di Licata
Figura 6 – Errore connesso al valore delle azioni stimate tramite Google Earth della società Rapitalà
Come si può notare dall’osservazione della figura 5, le differenze tra le altezze dei punti ottenuti utilizzando il plug-in di Google Earth e quelle corrispondenti ottenute in base al CTR, nell’86% dei casi sono inferiori a ± 5m, che rappresenta l’errore intrinseco nel determinare le quote di terreno su una mappa 1: 10.000. Inoltre, considerando che l’utilizzo del DEM ottenuto dal plug-in GE comporta un errore medio assoluto nella determinazione delle quote pari a 2,5m, è evidente che nel caso in esame l’utilizzo di tale strumento per l’identificazione delle un DEM porta a risultati abbastanza affidabili.
Come si vede anche dalla Figura 6, le differenze tra le altezze dei punti ottenuti utilizzando il plug-in di Google Earth e quelle corrispondenti ottenute sulla base del CTR nel 95% dei casi sono state, anche in questo caso, inferiori a ± 5 metri. Inoltre, nel caso esaminato, l’errore medio assoluto nella determinazione delle quote è stato pari a 2,3 milioni, e quindi anche in questo caso i risultati dell’utilizzo di tale strumento per l’analisi altimetrica del territorio sono abbastanza attendibili.
I risultati ottenuti indicano quindi l’attendibilità della DEM ottenuta tramite il plug-in di Google Earth e la conseguente utilizzabilità delle quote dei punti del suolo in studi che richiedono cartografia a media scala (1:10.000), come quelli finalizzati a progettazione di sistemi di irrigazione collettiva.
Le figure seguenti (fig. 7 e fig. 8) mostrano, a titolo esemplificativo, i profili altimetrici di alcune sezioni estratte dalle due aree.
Figura 7 – Quota del terreno lungo il tratto A
Figura 8 – Quota del terreno lungo il tratto B
Dall’esame delle figure emerge che in generale i profili altimetrici del terreno ottenuti utilizzando tutte e tre le procedure sono molto vicini tra loro, riuscendo in generale ad interpretare la reale morfologia del terreno. Solo in alcuni tratti, dove il profilo altimetrico è più accidentato, si riscontrano maggiori differenze tra le quote ottenute dal rilievo topografico e quelle rilevate dal servizio Google Earth.
Dai confronti effettuati con i dati del rilievo dettagliato è emerso che l’utilizzo del DEM CTR in generale ha una precisione superiore rispetto a quella ottenuta con Google Earth. Inoltre, è stato possibile accertare, per i profili esaminati, come la media delle differenze tra le altezze rilevate dal rilievo di dettaglio e quelle rilevate dalla cartografia sia pari a 1,30 m, con una deviazione standard di 1,03 m ed un valore massimo di 6,8 mt; mentre la media delle differenze tra le altitudini rilevate dal rilievo dettagliato e quelle rilevate da Google Earth è pari a 1,82 m, con una deviazione standard di 1,26 me un valore massimo di 7,46 m.
Conclusioni
I risultati ottenuti hanno evidenziato che l’errore altimetrico medio sulle quote ricavate dal DEM GE è stato di circa 2,5m, inferiore a quello associato all’utilizzo delle carte tradizionali che, con riferimento ad una scala 1:10.000, è ± 5m. Questa circostanza porta ad affermare la validità del plug-in utilizzato, per la realizzazione del supporto cartografico, dal software Google Earth, attraverso il quale è possibile, in tempo reale e nelle aree in cui non è disponibile il supporto cartografico tradizionale, per ottenere un’elevazione affidabile del terreno.
Il lavoro svolto ha permesso di constatare come, nel confronto con il rilievo dettagliato, la cartografia tecnica risulta quasi sempre più precisa di quella di Google Earth, anche se si è osservato che nel 63,7% dei casi i valori delle quote stimati tramite Google Earth I collegamenti di terra sono caratterizzati da errori medi di ±3m, riferiti generalmente alle zone di confine delle aziende esaminate o in prossimità di corsi d’acqua dove, notoriamente, i diversi modelli del terreno sono meno accurati.
Anche dalle analisi condotte sui versanti del terreno è emerso che, pur riscontrando differenze nei valori ottenuti utilizzando le diverse metodologie di restituzione altimetrica, esiste un andamento abbastanza evidente tra i valori di pendenza ottenuti con Google Earth e quelli ottenuti tramite l’utilizzo del CTR ovvero il rilievo topografico di dettaglio, per tutte le zone esaminate.
