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livello elementare
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ARGOMENTO: SUBACQUEA
PERIODO: XXI SECOLO
AREA: DIDATTICA
parole chiave: mappatura, ricerca scientifica
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Piccoli trucchi per ridurre gli errori nelle mappature subacquee
Gli operatori subacquei necessitano di raccogliere dati e misure nelle loro aree di operazione. Per ottenere dati significativi dal punto di vista geografico sono state sviluppate delle tecniche per raccogliere in maniera spedita i dati ricavati durante i campionamenti mantenendo una precisione accettabile lungo transetti e poligonali.
Anche se tali attività non richiedono una precisione elevata, per cui si accettano un certo numero di errori di riporto della posizione non essendo particolarmente significativi per la maggior parte delle ricerche, è però sempre consigliabile, per un maggior rigore scientifico, seguire alcuni accorgimenti che ci possono aiutare a ridurre in maniera sensibile gli errori commessi. Questi sono particolarmente utili quando tali tecniche sono effettuate da rilevatori non ancora in possesso di una grande esperienza.
Lavorare sui transetti
La tecnica di rilevamento subacqueo si basa sullo sviluppo di dati raccolti su poligonali, ottenute dall’unione di più tratte (transetti), identificate da posizioni note (capisaldi geografici) ben determinati quali, ad esempio, gli estremi di un transetto. La determinazione dei capisaldi di riferimento viene effettuata combinando rilevamenti ottici, letti tramite teodoliti o sistemi portatili GPS.
Le misurazioni delle distanze lineari sono ottenute lungo delle direzioni magnetiche (per mezzo di bussole subacquee) impiegando per la misura delle cordelle metriche. Considerando trascurabile l’errore di misura, dovranno invece essere valutati gli errori legati ai valori azimutali (rilevamenti) letti sulle bussole subacquee dagli operatori. Essi possono essere errati sia per cause locali (deviazioni magnetiche dell’ago della bussola causate dalle caratteristiche magnetiche del sedimento o dalla presenza di artefatti metallici in situ) sia per una errata lettura da parte dell’operatore subacqueo.
Gli errori causati dall’effetto di “deviazione” dovuto ai materiali ferrosi (bombole ed attrezzatura subacquee, composizione del sedimento sottostante) possono essere ridotti attraverso la scelta delle attrezzature ed effettuando uno studio preliminare dell’area da mappare (ricognizione per la valutazione delle anomalie magnetiche). Per ridurre una “errata lettura” si possono eseguire, dopo essersi stabilizzati sul fondo, tre letture delle misure di direzione. Un altro errore può essere causato dallo waving (ondeggiamento dell’ago della bussola) dovuto ai movimenti involontari del subacqueo, a seguito del moto ondoso. Il ricercatore dovrà poi pre-pianificare i siti da rilevare a terra, possibilmente scegliendoli a 90 gradi l’uno dall’altro (o comunque con differenze angolari comprese tra 60 a 120 gradi) e posti alla stessa altezza rispetto all’orizzonte. Anche in questo caso è sempre consigliata la regola delle tre misure per ogni punto.
Nella fase di riporto su carta, dovrà quindi valutare la cartografia disponibile (scala, tipo di proiezione utilizzato, sistema di riferimento delle coordinate, errore di deformazione dovuto alla stampa della carta) e l’inevitabile errore grafico collegato. Ricordo che un errore su una carta di un millimetro su una carta 1:25000 corrisponde a venticinque metri. Naturalmente, secondo lo stesso principio, la dimensione della punta della matita (al meglio 0,2 mm) è causa ulteriore di errore (meglio usare sempre matite morbide ma molto affilate).
Infine dovrà essere considerato l’orientamento del Nord vero (rispetto al magnetico), il sistema geodetico di riferimento della cartografia disponibile (un errore classico è correlare posizioni prese su carte con datum diversi), e il fatto che l’imprecisione dell’azimut rilevato (valore angolare tra il Nord magnetico e la direzione dell’oggetto puntato) può essere dovuta anche alla differente altezza dei siti prescelti sull’orizzonte.
Non ultimi gli errori di “navigazione” subacquea effettuati durante la stesura della cordella in particolare lavorando su bassi fondali quando si è soggetti all’idrodinamismo costiero.
| Per ovvi motivi di sicurezza, per i GPS commerciali il Dipartimento della Difesa americano previde inizialmente un errore di degradazione della precisione del segnale intenzionale, chiamato SA (Selective Availability). Per ovviare all’errore in campo civile vennero sviluppate soluzioni ingegneristiche per far operare il GPS in maniera differenziale (DGPS), facendo riferire le misure istantanee a posizioni note. |
La corretta esecuzione di rilievi scientifici in mare necessita di una accurata analisi, fatta a priori, di tutti quei fattori che possono influenzare in seguito la precisione del riporto cartografico. Vanno quindi analizzati gli scopi prefissi a fronte dei mezzi disponibili, il rapporto precisione e tempo di esecuzione e costi globali relativi alle varie ipotesi. Ad esempio, per alcune operazioni, quali la posa di catene di correntometri e di laboratori subacquei sul fondo e per la determinazione di punti di campionamento su aree predefinite, è decisamente più conveniente, in termini di costo/efficacia, l’utilizzo di sistemi ad alta ripetibilità. Nel caso di misurazioni speditive in situ, il sistema a transetto presenta ancora vantaggi e basso costo economico.
Nel caso sia necessario mappare con alta precisione una determinata area potrebbe essere opportuno ricorrere a dei sistemi GPS di tipo differenziale che consentono, oltre ad un’ottima ripetibilità (spesso più auspicata rispetto alla precisione), un’alta e pressoché costante correttezza della misura che assicura una precisione accettabile fino ad una distanza di circa trenta miglia dalla stazione. In alternativa, i metodi tradizionali di rilevamento ottico con teodoliti riservano ancora prestazioni notevoli a costi relativamente bassi.
Approfondiamo i sistemi differenziali
La tecnologia ha prodotto sistemi GPS commerciali di ridotte dimensioni fisiche ed il loro impiego assicura precisioni accettabili anche per rilievi di buona precisione. Comunque, qualora la necessità di precisione sia maggiore, si può ricorrere a dei sistemi GPS operanti in modalità differenziale che consentono precisioni dell’ordine del metro (in modalità statica) e dei cinque metri (in modalità dinamica).
Il GPS differenziale fu introdotto in campo civile durante la guerra fredda quando il Dipartimento della Difesa americano inserì un sistema di degradazione intenzionale della precisione SA (Selective Availability) che riduceva la precisione dei GPS commerciali. Con l’introduzione della SA l’errore randomico del sistema satellitare aumentò al punto da stimolare, da parte degli utenti civili, la ricerca di soluzioni alternative per compensarlo. Venne quindi sviluppato un sistema GPS operante in maniera differenziale (DGPS) ovvero impiegante due ricevitori GPS: il primo posizionato stabilmente in una località con coordinate note, l’altro “mobile” da usare per il posizionamento. Come è noto, se due ricevitori non sono troppo lontani fra di loro ricevono la stessa costellazione di satelliti, subendo lo stesso tipo di errore. Nel GPS collocato in posizione note, la differenza tra la posizione ottenuta sulla base dei segnali ricevuti e quella nota (ad esempio un punto geodetico riconosciuto) ci consente di determinare continuamente l’errore dovuto al SA. Se questo errore è inviato al sistema GPS mobile, sarà possibile ottenere un dato pultio, corretto della SA. Di fatto se i due ricevitori non sono molto distanti possiamo considerare in prima approssimazione che questo errore sia uguale fra i due e correggere con buona approssimazione l’errore del secondo ricevitore. Sebbene la SA, dal maggio 2000 (durante la Guerra del Golfo), sia stata disattivata, il DGPS è ancor ain auge nel mondo scientifico e comemrciale e può correggere anche altri errori del sistema, facendo ottenere precisioni dell’ordine di centimetri. Tecnicamente il DGPS può operare a differenza di distanza o di fase. In particolare, il sistema GPS a differenza di fase è impiegato per la posa di strumentazione scientifica e off shore in oceano, consentendo di arrivare a precisioni rapportabili a quelle ottenute con i sistemi di posizionamento acustico, utilizzati per l’aggancio delle teste di ponte delle piattaforme (centimetriche).
I sistemi di posizionamento, se opportunamente utilizzati, possono quindi fornire posizioni geografiche di precisione tale da consentire una concreta significatività delle misure effettuate.
I dati di interesse, correttamente geo-referenziati e filtrati, vengono registrati su appositi database che saranno gestiti da programmi applicativi per una successiva eventuale restituzione su carta. A causa dell’alto numero di dati raccolti (specialmente durante le campagne di oceanografia fisica) esistono programmi che analizzano i dati effettuandone una “decimazione”, più propriamente scartando i dati statisticamente aberranti. Il prodotto finito è integrato nel data base e reso disponibile alla lettura da parte dei programmi applicativi con possibilità di restituzione su carta dei valori, dei grafici o dei disegni ottenuti.
Queste tecniche, oltre ad eliminare gli errori di restituzione cartografica (dovuti come abbiamo visto in gran parte all’Uomo), si adattano quindi particolarmente alla gestione dei dati di oceanografia fisica e di geologia marina, consentendo la creazione di carte tematiche elettroniche più significative e gestibili. Di contro, in caso di big data, l’elevato costo dei sistemi hardware e software necessari per la trattazione dei dati ne limita l’effettiva possibilità di creazione a Centri specializzati dotati di più adeguate ed ampie risorse gestionali.
In sintesi, nonostante l’impiego di mezzi sempre più moderni fornisca un aiuto sempre maggiore ai ricercatori, nella pianificazione delle proprie campagne essi dovranno affidarsi in primis al buon senso e alla conoscenza dei sistemi disponibili, determinando quanto prima le proprie necessità per evitare errori di valutazione nelle scelte tecniche che comporterebbero spese inutili a fronte di risultati di qualità non sempre richiesta.
Andrea Mucedola
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Photo credit andrea mucedola
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ammiraglio della Marina Militare Italiana (riserva), è laureato in Scienze Marittime della Difesa presso l’Università di Pisa ed in Scienze Politiche cum laude all’Università di Trieste. Analista di Maritime Security, collabora con numerosi Centri di studi e analisi geopolitici italiani ed internazionali. È docente di cartografia e geodesia applicata ai rilievi in mare presso l’I.S.S.D.. Nel 2019, ha ricevuto il Tridente d’oro dell’Accademia delle Scienze e Tecniche Subacquee per la divulgazione della cultura del mare. Fa parte del Comitato scientifico della Fondazione Atlantide e della Scuola internazionale Subacquei scientifici (ISSD – AIOSS).
