La geodesia è in senso stretto la scienza che studia la Terra allo scopo di definire la superficie terrestre nella sua forma e dimensioni; in senso allargato comprende anche lo studio di particolari fenomeni fisici come il campo gravitazionale terrestre, il movimento della crosta terrestre, lo spostamento dei poli e le maree.
Il fine ultimo della geodesia è la conoscenza dell’insieme del globo terrestre.
La topografia è una branca della geodesia che si occupa in generale dello studio e della misura di porzioni della superficie terrestre; in particolare si occupa di rilevare, a partire da un punto definito dalle sue coordinate, le posizioni di punti sulla superficie terrestre, utilizzando misurazioni di distanze, dislivelli, angoli di direzioni, angoli azimutali e zenitali.
La differenza tra geodesia e topografia è dunque la seguente: la geodesia ha come ambito di interesse le forme e le dimensioni della terra mentre la topografia è la rappresentazione grafica e numerica di una porzione limitata della superficie terrestre.
La topografia, dunque, è una disciplina che attraverso i suoi metodi e strumenti consente di rappresentare graficamente parti della superficie terrestre in carte di natura geometrica che permettono di effettuare misurazioni.
Le carte topografiche, a seconda della scala di rappresentazione di riferimento e a seconda del numero delle particolarità rappresentate, si distinguono in:
I rilievi topografici sono l’insieme delle operazioni necessarie alla rappresentazione grafica di una porzione di superficie terrestre e gli ambiti applicativi della disciplina topografica sono di diversa natura.
In ingegneria civile i rilievi topografici vengono impiegati:
Oltre all’ingegneria civile, i rilievi topografici hanno trovato largo impiego anche in altri settori come l’architettura, per definire le caratteristiche dimensionali, geometriche e strutturali di un edificio, o l’archeologia, per la documentazione dei resti o come analisi preliminare allo scavo.
I rilievi topografici possono essere planimetrici, altimetrici o plano-altimetrici.
Il rilievo planimetrico consente di trovare la posizione di un punto tramite la sua proiezione su una superficie di riferimento utilizzata con le coordinate x e y calcolate con la misura sul terreno.
Il rilievo altimetrico consente di misurare la distanza tra un punto P e la superficie di riferimento.
La superficie terrestre è una superficie irregolare e per questa ragione nella disciplina topografica è stata assunta una superficie teorica di riferimento che viene chiamato “geoide”.
La forma del geoide è una forma complessa, matematicamente non definibile, per convenzione approssimata ad una ellisse in rotazione, detta ellissoide, caratterizzata da lievi ondulazioni, dette geoidiche, generate dalla variazione del campo gravitazionale terrestre.
L’Ellissoide, insomma, è un modello matematico della Terra che consente di individuare la posizione di punti e di rappresentarli poi su una superficie piana.
Ecco allora che per campo topografico s’intende la zona di superficie terrestre intorno a un punto dentro la quale si ritiene che l’ellissoide coincida con il piano orizzontale tangente il punto stesso.
La distanza tra due punti nel campo topografico è detta distanza topografica.
La definizione di distanza topografica è la lunghezza del segmento che congiunge i due punti proiettati sulla superficie di riferimento.
Nelle distanze topografiche va considerato quello che viene definito errore di sfericità ovvero il limite entro il quale la superficie di riferimento si può pensare piana.
In ambito topografico i sistemi di coordinate servono a stabilire la posizione dei punti per poi procedere con le misurazioni relative ad essi.
Vediamo ora come le coordinate polari e le coordinate cartesiane vengono definite e impiegate in topografia.
Le coordinate polari sono un sistema di coordinate bidimensionale che descrive la posizione di un punto mediante un angolo e una distanza da un punto fisso detto polo.
Le coordinate cartesiane in topografia si basano invece su un sistema di assi ortogonali x e y e la posizione del punto è data dall’intersezione dei due assi.
Il rilievo topografico, come abbiamo avuto già modo di dire in precedenza, è l’insieme di operazioni necessarie alla rappresentazione grafica e numerica di una porzione di territorio.
La prima fase del rilievo topografico consiste in quello che viene definito inquadramento geometrico generale della superficie in esame e consiste in una serie limitata di punti collegati tra loro che coprono tutta la superficie e ne determinano la cosiddetta rete di base.
Seguono poi le fasi di raffittimento dei punti della rete di base e il rilievo di dettaglio.
A seconda della modalità scelta per collegare i punti della rete di base si parla di:
Si tratta di metodi complementari che nel rilievo topografico vengono utilizzati in formula mista e in caso di territori di grandi dimensioni vengono impiegati anche tutti contemporaneamente.
Se il collegamento tra i punti della rete di inquadramento avviene a due a due si crea una trama di triangoli che hanno un lato in comune e si realizzano le triangolazioni; se invece i punti si collegano tramite una spezzata allora si realizzano le poligonazioni.
Dunque, per poligonali in topografia s’intendono una serie di punti collegati da una spezzata, cioè una linea formata da segmenti consecutivi.
In fase di raffittimento della rete di inquadramento finalizzato al rilievo di dettaglio, si utilizza il metodo delle intersezioni per la rappresentazione di punti isolati, ovvero non collegati tra loro; l’intersezione avviene tramite rette che partono da punti noti.
Il metodo della trilaterazione in topografia consente di stabilire la posizione di un punto misurando la distanza da altri due punti noti.
Viene impiegato quando si vuole definire uno spazio irregolare caratterizzato dall’assenza di angoli retti o si vuole localizzare un punto la cui posizione è complessa da ricavare.
Per strumenti topografici s’intendono tutti gli strumenti che vengono impiegati nel rilievo topografico per la misurazione diretta o indiretta di punti, angoli e dislivelli.
In particolare approfondiremo l’uso della stazione totale in topografia e il rilievo topografico con stazione totale.
La stazione totale è lo strumento topografico più utilizzato perché caratterizzato da una tecnologia avanzata che comprende un teodolite (misuratore di angoli orizzontali e verticali) e un EDM (trasmettitore di raggi infrarossi o laser); il rilievo topografico con stazione totale consente di misurare angoli e distanze di una serie di punti e collocarli nello spazio rispetto a un sistema di coordinate predefinito.
Il rilievo architettonico con stazione totale e il rilievo archeologico con stazione totale sono un esempio dell’alta precisione ed efficacia dello strumento che ha trovato numerosi ambiti di applicazione.
Tra le tecnologie impiegate va annoverato anche il metodo del rilievo topografico con gps (sistema di posizionamento globale) che però è stato superato e sostituito dai più moderni ricevitori GNSS che utilizzano i segnali emessi dai satelliti di tutte le costellazioni (GPS, GLONASS, Galileo, BeiDou, IRNSS, QZSS, SBAS) in orbita per determinare la posizione assoluta di punti sulla superficie terrestre.
Stazioni totali, sistemi GPS e ricevitori GNSS sono strumenti avanzati che consentono ai professionisti del settore di effettuare con efficienza il monitoraggio topografico perché permettono di acquisire dati affidabili in tempo reale che possono essere archiviati.
In questa panoramica sui concetti base che andremo ad approfondire nei nostri articoli abbiamo voluto soffermarci anche sul rapporto tra topografia e metrologia come scienza della misurazione e delle sue applicazioni.
La topografia è una disciplina che nasce in tempi antichissimi come esigenza di misurare la realtà circostante, i terreni agricoli ad esempio, e a distanza di secoli il fine ultimo di questa scienza è comunque la conoscenza del territorio.
Parlare di metrologia significa porre l’accento sulla questione della misura, sul legame tra strumentazione e misura, e sulla necessità che questi strumenti sappiano garantire ai professionisti del settore una misura efficace per i loro scopi.
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