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GPS in BREVE
CONSIGLI PRATICI PER L’IMPIEGO DEL GPS NEL POSIZIONAMENTO
DEGLI INGRESSI DELLE GROTTE
di Giulio Cappa
Premessa
Quello scatolino delle dimensioni di un telefonino che tutti conosciamo
con la sigla GPS è, tra tutte le apparecchiature modernissime di
cui si fa largo uso, veramente stupefacente: ci permette di sapere, in
un momento qualsiasi, in che punto della Terra ci troviamo con un
errore che può essere comodamente inferiore ai 10m! Nessuno,
automobilista, navigante, alpinista o speleologo, solo alcuni anni fa,
avrebbe immaginato che questo scatolino avrebbe fatto finire in museo
tanti pesanti e complicati strumenti topografici che finora ci
permettevano di “fare il punto”, se fortunati con una
tolleranza di 100-1000 metri.
Gli speleologi compilano (o almeno dovrebbero...) le schede catastali
delle grotte che scoprono; per farlo devono (dovrebbero...) calcolare
le coordinate dei loro ingressi, operazione finora complessa e
suscettibile di grossi errori. E, per farlo, occorreva possedere e
portare con sé una carta topografica del posto: oggi le carte
costano moltissimo e la maggior parte degli speleologi non le possiede.
Il GPS è perciò considerato miracoloso: si clicca ed ecco
belle sfornate le coordinate e la quota del punto in cui ci si trova.
Tornati a casa le si trascrivono sulle schede e ... nessuno riesce
più a ritrovare quella grotta: che cosa è successo?
L’errore più grosso che si possa fare è di
comprarlo, accenderlo, usarlo senza prima aver letto le istruzioni. Sul
suo display appaiono alcuni numeri: se non lo si è tarato per le
nostre carte, semplicemente si finisce col ... dare i numeri ... La
probabilità di vincerci al lotto è maggiore di quella di
ritrovare la grotta.
Sul GPS sono già stati scritti fiumi d’inchiostro; qui
vorrei esporvi solo le nozioni essenziali per usare lo strumentino
senza compiere errori o interpretare male i dati che ci fornisce. Per
fare questo, occorre però premettere alcuni concetti di geodesia
e cartografia.
La forma della Terra: i vari Ellissoidi di riferimento
Tanti secoli fa la Terra era creduta piatta; poi si è scoperto
che doveva essere di forma sferica; con l’avvento
dell’epoca moderna si è capito che è
“schiacciata ai poli” e, grazie alle precise misure
topografiche del 1700-1800, è stato possibile assimilarla ad un
“ellissoide di rotazione”, avente l’asse N-S un
po’ più corto dei due assi ortogonali che passano per
l’equatore.
La posizione di un punto della superficie terrestre viene
tradizionalmente definita mediante le coordinate geografiche di
longitudine e latitudine e la quota sul livello del mare. La geometria
è chiara, tutto sembra semplice: la latitudine è espressa
in gradi rispetto all’equatore (Nord-Sud) e la longitudine
analogamente in gradi a partire da un meridiano di riferimento: per le
vecchie carte IGM quello che passa per l’osservatorio di Monte
Mario a Roma, in campo internazionale quello dell’osservatorio di
Greenwich in Inghilterra. Le cose poi cominciano a complicarsi: di
gradi ne esistono di vari tipi: quelli sessagesimali, suddivisi in
primi e secondi, quelli centesimali, ecc. In Italia praticamente usiamo
solo i sessagesimali, i più tradizionali, che però
rendono maledettamente scomoda anche la più semplice addizione o
sottrazione, perché le loro frazioni (agli speleologi
interessano i minuti primi e secondi) non sono numeri decimali.
Il peggio deve venire ora: non esiste un unico ellissoide di
riferimento, perché la misurazione della Terra è
diventata sempre più precisa e, per giunta, ci si è messa
di mezzo la politica internazionale. Limitandoci a ciò che
riguarda l’Italia, anzi per noi il Lazio, occorre prendere in
considerazione tre ellissoidi: quello calcolato dai geografi italiani
prima della 2° guerra mondiale, che si chiama Roma 40, quello della
prima convenzione europea, che si chiama ED 50 (European Datum 1950), e
quello più recente della convenzione mondiale, che si chiama WGS
84 (Word Geographic Standard 1984). [abbiate fede, tra un po’,
quando ci saremo tutti abituati a quest’ultimo, ne salterà
fuori un quarto!]
Le coordinate cambiano completamente dall’uno all’altro:
non solo perché tra M. Mario e Greenwich ci sono oltre 12°
di differenza nella longitudine, ma perché la successiva maggior
precisione di misura della Terra fa persino cambiare le latitudini.
A questo proposito, occorre tener presente che la Terra non è
esattamente un ellissoide. Proprio nelle misure delle quote slm (sul
livello del mare) si è scoperto che assomiglia piuttosto ad una
patata che ad una forma geometrica perfetta: non esiste perciò
un valore “assoluto” di coordinate e quota, ma soltanto
valori “relativi” alla rappresentazione cartografica a cui
ci si riferisce.
Le coordinate: geografiche e chilometriche
Le coordinate “geografiche” esprimono in gradi, e loro
frazioni, la posizione di un punto sulla superficie della Terra:
concettualmente sono i gradi di orientamento della retta che dal centro
della Terra ne interseca la superficie in tale punto, riferiti alla
forma di ellissoide che si adotta. I calcoli, anche le semplici somme,
con gradi, minuti primi e secondi sono scomodi ma c’è di
peggio: sul terreno le loro unità corrispondono a lunghezze che
variano (per la longitudine da un massimo all’equatore a zero ai
poli, per le latitudini con una lenta e leggera diminuzione
dall’equatore ai poli a causa della forma schiacciata
dell’ellissoide). Per avere un’idea delle dimensioni di
queste unità di misura, teniamo presente che nel Lazio 1 minuto
secondo di longitudine vale circa 23 metri e 1 minuto secondo di
latitudine circa 30,8 metri. I calcoli, soprattutto quelli delle
distanze tra due punti, con le coordinate geografiche sono molto
scomodi.
E’ stato pertanto inventato, da molto tempo, un altro sistema di
coordinate, assai più facili da gestire: quello delle coordinate
chilometriche. Concettualmente un reticolo chilometrico non può
essere spianato su una superficie a doppia curvatura come è
quella di un ellissoide ma, suddividendo la Terra in spicchi (chiamati
“fusi”) e accettando una ragionevole approssimazione
l’operazione è divenuta possibile. Del resto, anche le
carte topografiche che usiamo sono piatte (a differenza di un
mappamondo): è così che su di esse non vediamo tracciato
un reticolo di coordinate geografiche (che sono indicate solo sul
contorno delle carte) ma un reticolo chilometrico. Segnare il punto di
cui si hanno le coordinate di questo tipo è facilissimo: basta
un doppio decimetro, una matita e un rapido calcolo mentale (1 mm vale
25m sul 25’000 e 10m sul 10’000).
Ahimè, anche per le coordinate chilometriche, e limitandosi a casa nostra, ne esistono tre sistemi:
- le coordinate Gauss-Boaga, che fanno riferimento all’ellissoide
Roma 40, il cui reticolo è tracciato sulle carte CTR (carta
tecnica regionale), nel Lazio per ora al 10’000, ed è
indicato con piccoli trattini sui contorni delle tavolette al
25’000 dell’IGM;
- le coordinate UTM (proiezione Universale Traversa di Mercatore),
riferite all’ellissoide ED 50 nelle vecchie carte IGM ed anche
nella nuova serie al 50’000/25’000, per quelle pubblicate
fino all’anno 2000 circa.
- le coordinate UTM, riferite all’ellissoide WGS 84, per alcune
nuove carte IGM pubblicate dopo il 2000 circa, ad esempio i fogli 373,
374, 375 (Roma) e 387.
Le indicazioni appaiono chiaramente sul margine destro di tutte le carte, ma bisogna leggerle!
Le carte topografiche per uso speleologico
Per fare il punto di una grotta le carte “stradali” non
servono ed anche molte carte turistiche o alpinistiche (utili spesso
perché più aggiornate e di facile lettura) sono inutili
perché non riportano i reticoli delle coordinate. Qualche volta
questi ci sono ma senza specificare l’ellissoide di riferimento.
Restano, nel Lazio, le carte IGM e le CTR. Le prime ormai costano molto
care, più care delle altre appena citate, però in
campagna ci si può portare una piccola fotocopia del territorio
che di volta in volta interessa, magari con un ingrandimento che rende
più facile sia la lettura che le indicazioni che noi ci
riporteremo (nuovi sentieri, posizione delle grotte, ecc.) durante
l’uscita. Le CTR, oltre ad essere care, sono maledettamente
difficili da procurare, ma vale lo stesso suggerimento. Entrambe
possono essere reperite in Internet e per le CTR tutti i gruppi della
FSL hanno ricevuto un CD che permette di riprodurle a pezzi con la
propria stampante, nonché di leggere, sullo schermo del
PC, le coordinate UTM/ED50 di qualsiasi punto su cui spostiamo il
cursore.
La taratura del GPS
Normalmente i GPS vengono venduti regolati sull’ellissoide WGS 84 e con le coordinate geografiche Greenwich.
Se vogliamo usare sul terreno il GPS e confrontarne seduta stante i
dati con la carta che ci siamo portati, questa taratura è del
tutto inutile e anzi fuorviante: dobbiamo regolarlo con
l’ellissoide e le coordinate del reticolo della carta; in
alternativa, dovremmo portarci anche il PC, corredato di tutti i
softwares per i passaggi di riferimenti, non è evidentemente
pratico.
Il manualetto di istruzioni del GPS spiega come si fa; se non dà
le necessarie informazioni, probabilmente abbiamo preso un GPS
inadatto. Ho pratica solo dei GPS Garmin E-Trex, che sono adattabili a
tutto il mondo. Facendo scorrere le loro memorie si scopre che nel
mondo ci sono molte decine di altri ellissoidi e coordinate! Non
bisogna confondersi ma non è difficile tararlo.
Vi faccio l’esempio riferito al GPS che possiedo, modello Garmin
E-Trex. Dopo averlo acceso, con i vari tasti lo porto in Setup.
Per prima cosa controllo l’ora TIME: per la voce format scelgo
<24h>; per la zone scelgo <other>; per UTC offset
scelgo <01.00> nel periodo dell’anno in cui vale
l’ora solare e <02.00> quando è in vigore
l’ora legale (basta controllare col proprio orologio).
Passo quindi a UNITS: è la voce che riguarda le coordinate.
Richiamo la voce position frmt (per la cronaca questa voce prevede 28
casi), sul mio GPS questa e clicco su <UTM/UPS> se voglio le
coordinate chilometriche: con <hddd.mm.mm> si ottengono le
coordinate geografiche, che vi sconsiglio, come spiegato sopra. Passo
quindi alla voce Map Datum, è l’ellissoide (per la quale
ci sono ben 112 scelte!) e clicco su <European 1950> oppure
<Roma 40>, oppure <WGS 84>, a seconda del reticolo di
coordinate tracciato sulla carta che devo usare. Questa è la
taratura essenziale per non “dare i numeri”. Passo quindi
alla sottovoce units: clicco su <metric>, certo non voglio le
misure in pollici!
Nei più moderni GPS da escursionisti è stato inserito il
sistema WAAS (Wide Area Augmentation System) che permette di fornire
coordinate con una precisione aumentata fino a + 3m (vedere istruzioni
del proprio apparecchio). Il principio operativo si basa sulla
capacità, ricevendo un maggior numero di satelliti, di valutare
con un opportuno software i segnali differenziali che permettono di
ottenere un incremento di precisione: portando lo schermo del GPS sulla
pagina che mostra i satelliti in ricezione e le loro barre di potenza,
appare a fianco di alcuni dei loro numeri una piccola D. Attenzione:
questo vale per le coordinate piane, non per la quota il cui errore
può restare ancora di + 10÷20m.
La sottovoce north ref. riguarda il tipo di Nord che appare
nell’immagine del percorso che si fa. Libera scelta tra
<magnetic> <true> (N. astronomico) e <grid> (N. del
reticolo di coordinate): non serve comunque per calcolare le coordinate
della grotta.
Nelle CTR del Lazio le coordinate geografiche sono le Greenwich in ED
50, ma esse sono segnate solo sul contorno della carta, non sono
utilizzabili quindi in campagna (se si vuole leggere queste occorre
lasciare il Position Format in geografiche, ma spostare il Map Datum in
<European 1950>, non in <WGS 84>).
Il reticolo tracciato sulle CTR è quello chilometrico
Gauss-Boaga, riferito all’ellissoide Roma 40: non esiste il
Position Format per questo reticolo, siamo forse l’unico Paese
che non è contemplato dai GPS Garmin: però è
possibile lasciare il Position Format in <UTM/UPS> porre il Map
Datum in <Roma 40> e aggiungere, ai numeri di Longitudine che si
leggeranno sul display i seguenti valori:
- se si è nel Fuso Ovest (Fuso 32, in pratica a Ovest di Roma di oltre 20 Km) + 100Km (100.000m),
- se si è nel Fuso Est (Fuso 33, da Cerveteri verso Est, tutto
il resto del Lazio) occorre invece aggiungere +
2’020Km (2.020.000m).
Sul display del GPS, a sinistra delle coordinate si legge il fuso: 32T oppure33T.
Come si vede la correzione riguarda solo la denominazione del reticolo
chilometrico di Longitudine. All’interno del quadratino di 1Km di
lato (10x10cm nella scala delle CTR) i valori dei metri (decametri ed
ettometri) indicati dal GPS restano validi!
Il valore di Latitudine indicato sul display non cambia.
Se nel proprio GPS l’Ellissoide Roma 40 non è previsto,
occorre leggersi le pubblicazioni speleologiche che spiegano come
ovviarvi.
Le attuali carte IGM riportano tutte un reticolo chilometrico UTM e,
quindi, si tiene il Position Format in <UTM/UPS>: nella maggior
parte delle carte IGM del Lazio bisogna porre il GPS in <European
1950> (ED50 sulle carte), salvo le più recenti per cui esso
va in <WGS 84> (leggere le istruzioni sul lato destro della
carta!).
I passaggi di coordinate ed ellissoidi di riferimento
Come detto, è bene tararsi di volta in volta il GPS per la carta
che si sta usando, così si può controllare subito, sul
terreno, se il dato fornito dal GPS è OK oppure sballato.
Ma per la scheda catastale sono richiesti i dati di posizione secondo
la vecchia cartografia IGM (“carta ufficiale dello Stato”)
ed ora anche secondo la cartografia CTR (dati richiesti dalla Regione
Lazio). Per tradurre i dati raccolti sul terreno negli altri sistemi di
coordinate/ellissoidi esistono opportuni software, ma non tutti possono
accedervi. Il passaggio da coordinate chilometriche a geografiche o
viceversa può essere fatto col PC se si dispone del programma
necessario, altrimenti soltanto segnando materialmente il punto in
carta e leggendo quindi graficamente le altre coordinate.
Da un tipo di coordinate geografiche all’altro, o di coordinate
chilometriche all’altro, invece si può, con
un’approssimazione di un paio di metri (ossia 0”,1),
ricorrere alle seguenti costanti:
- da WGS 84 a ED
50
longitudine +
3”,3
latitudine + 3”,7
- da ED 50 a Roma
40
longitudine - 12°27’10”,9
latitudine - 6”,0
- da WGS 84 a Roma
40
longitudine - 12°27’07”,6
latitudine - 2”,3
- da WGS 84 a ED
50
fuso 32 longitudine +
84m
latitudine + 196m
fuso 33
“ +
70m
“ + 192m
- da ED 50 a Gauss Boaga fuso
32
“ +
999’948m
“ - 184m
fuso 33
“
+2’019’936m
“ - 182m
- da WGS 84 a Gauss Boaga fuso
32
“
+1’000’032m
“ + 12m
fuso 33
“
+2’020’006m
“ + 10m
Per i passaggi inversi, si invertono i segni (da + a - ; da - a +). Si
può anche notare che il passaggio da WGS 84 a Roma 40 (o Gauss
Boaga) è nient’altro che la somma delle due righe
precedenti.
Avvertenze pratiche
Prima di iniziare un’uscita è opportuno azzerare le
memorie esistenti nel GPS, relative ai punti registrati nelle uscite
precedenti, altrimenti si rischia che lo strumentino si impalli sul
più bello per saturazione di memorie.
Non bisogna credere ciecamente ai valori di quota che indica il GPS:
possono essere affetti da errori di qualche decina di metri; segnato in
carta il punto indicato dalle coordinate piane, è più
attendibile, di solito, la quota ricavabile per interpolazione dalle
curve di livello (ma, attenzione!, nelle zone coperte da boschi e
soprattutto nei versanti volti a Nord, le curve di livello, specie
nelle CTR, possono essere sballate). In questi casi occorre disporre di
un altimetro barometrico; per inciso, dato che l’altimetro va
frequentemente ritarato su punti quotati in carta: fate attenzione, sia
sulle carte IGM che sulle CTR un certo numero di punti portano valori
palesemente sbagliati (errori di stampa?) di cui ci si può
render conto con un esame attento dei dintorni.
In ogni punto da registrare è bene ripetere le misure varie
volte, finché i valori si stabilizzano: occorre controllare che
la tolleranza delle misure (indicata sul display del GPS) sia di non
più di 10m, meglio se 5 o 6m (magari 3m se inserito il sistema
WAAS). Ci si annota le terne di coordinate indicate dal GPS, si attende
alcuni secondi, poi si clicca due volte su Enter e si annota la nuova
terna di valori e così via finché si constata che i
valori delle coordinate piane tendono a stabilizzarsi (+3m): si prende
per buona una media degli ultimi valori abbastanza omogenei. Esempio:
| 1434 | ...47 | ...54 | ...59 | ...74 |
...76 | ...81 | ...83 | ...82 |
...79 | valore medio | 1479 |
| 0347286 | ...86 | ...87 | ...90 | ...91 |
...91 | ...92 | ...93 | ...95 |
...96 | “ | 0347295 |
| 4648680 | ...78 | ...77
| ...72 | ...68 | ...65 | ...62
| ...60 | ...60
| ...61
| “
| 4648661 |
Sotto le piante il GPS spesso, ma non sempre, “prende”; se
ci si trova in una valle molto incisa o vicini ad una parete verticale
invece è facile che i dati siano sistematicamente sballati,
perché i segnali dei satelliti vengono riflessi dalle pareti:
occorre controllare subito sulla carta se i numeri che si leggono
indicano un punto coerente con la carta o meno: ecco perché
insisto tanto sul controllo immediato sulla carta della posizione
indicata dal GPS. Se il dato è incoerente o il GPS non riesce a
prendere i satelliti, bisogna spostarsi in un luogo dove il risultato
sia soddisfacente e poi collegarsi alla grotta con una breve poligonale
a bussola, fettuccia e clinometro. A proposito, ma qual’è
la declinazione magnetica?
Sulle carte la declinazione magnetica è indicata per
l’anno 1985 - se va bene - a cui bisogna poi aggiungere
6’/anno fino ad oggi (2005-1985 = 20 anni x 6’ = +2°):
buon divertimento. Nel Lazio, zone di anomalia magnetica a parte (sono
quelle vulcaniche, senza grotte ma con tante cavità
artificiali), attualmente siamo intorno a 1°,5÷3° Est.
Nel Lazio, intorno a Roma le carte IGM della vecchia serie presentano
rilevamenti del 1872 e simili: è chiaro che i rilievi di allora,
benché disegnati con grande maestria, sono stati eseguiti da
terra e non con fotografie aeree, perciò possono presentare
deformazioni locali per cui il punto in carta, coerente col disegno,
non ha le coordinate indicate dal GPS ma può trovarsi spostato
di qualche decina di metri: occorre allora annotare sia le coordinate
relative alla carta che il valore del GPS e aggiungere una nota di
commento. Con le nuove carte CTR e IGM serie 25 (tutte
aerofotogrammetriche) non c’è questo problema; tuttavia le
righe del reticolo chilometrico non sono sempre perfette, ho
riscontrato più d’una volta errori di qualche decimo di
mm, vale a dire di alcuni metri, ma solo eccezionalmente (per fortuna!)
superiori all’approssimazione del dato GPS.
Conclusioni
Il posizionamento in carta degli ingressi delle grotte, delle doline e
di ogni altro elemento che interessi allo speleologo è
enormemente facilitato dal GPS ma occorre imparare bene ad usarlo;
è uno strumentino fatto per poter essere utilizzato in tutto il
mondo e, in fatto di ellissoidi e coordinate, il mondo è
un’autentica babele.
La precisione dei GPS di corrente uso, anche nelle condizioni
più favorevoli, non scende sotto i 3÷5 metri, quindi a
livello degli errori dovuti ai software interni dello strumento
(traduzione da WGS 84 a ED 50: errore +1÷4m) o quelli dovuti
all’uso di costanti (v. tabelle sopra riportate: variazioni di
+3m). Tuttavia questi possono essere trascurati ai fini catastali, dove
una precisione dei dati di +10m è accettabile.
Una taratura errata del GPS invece può portare ad errori di
centinaia di metri, cosa che vanificherebbe del tutto la registrazione
dei dati catastali: per giunta si tratterebbe di un errore sistematico.
Una lettura affrettata (prendere per buona la prima o seconda lettura
soltanto) è un terno al lotto: qualche volta lo sbaglio è
piccolo, altre volte (ricezione difficoltosa per ostacoli, satelliti in
cattiva posizione ...) piuttosto robusto.
Se di una grotta già inserita in Catasto trovate coordinate
fortemente differenti, dopo aver controllato di non aver commesso
errori di taratura, di lettura, di scambio con un’altra grotta,
non allarmatevi ma cercare di capirne il motivo:
- può darsi che il dato in catasto sia errato, su grotte
registrate molti anni fa è capitato di trovare errori anche di
500 o magari 1000 metri;
- la posizione della grotta era stata calcolata su una vecchia
tavoletta non aerofogrammetrica, nel Lazio si usano ancora tavolette
del 1872...; magari su una carta (“sezione”) al 50'000
ancora più antica;
- qualche volta anche sulle carte più recenti sono stati
riscontrati errori: molto piccoli nel tracciamento del reticolo UTM
(assai inferiori al millimetro, come già detto), alquanto
più grossi sulle quote (anche di 100m!!) o di disegno di
particolari che, come le strade, non è possibile rappresentare
in scala (una via larga 6m dovrebbe apparire in carta di soli
0,25 mm, poco più dello spessore di una singola riga); anche
pareti di roccia e scarpate sono spesso imprecise o addirittura omesse
nelle carte più recenti.
Ma, soprattutto, portatevi
sempre oltre al GPS una fotocopia della carta, una matita a punta fine
e un decimetro; controllate che la taratura del GPS corrisponda al
reticolo della carta; riportate sulla carta a matita ogni posizione
fornita dal GPS e verificate, subito - sul posto, che essa sia
compatibile con i circostanti punti o linee che appaiono nel disegno
della carta; se non lo è, occorre svolgere un’indagine
più approfondita o rinunciare all’informazione del GPS.
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