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Rilievi topografici e Laser Scanner

DEFINIZIONE DI TOPOGRAFIA
La topografia (dal greco topos, luogo e graphein, scrivere) è la scienza che studia gli strumenti ed i metodi operativi, sia di calcolo sia di disegno, che sono necessari per ottenere una rappresentazione grafica, più o meno particolareggiata, di una parte della superficie terrestre.

In senso stretto, il termine topografia indica soltanto la rappresentazione di porzioni limitate della superficie terrestre, per le quali si può omettere di considerare la curvatura terrestre (distanze inferiori ai 10 km, campo topografico) senza commettere errori in grado di compromettere la precisione finale del rilievo.
Il principio su cui si basa la topografia di tipo tradizionale consiste nella rilevazione esatta della posizione di una serie di punti sulla superficie terrestre a partire da alcuni punti noti effettuando misure di angoli e di distanze ed eseguendo calcoli basati sulle regole della trigonometria (triangolazione), a seconda dell'ampiezza dell'area oggetto delle misure, degli scopi delle misure stesse e delle relative precisioni.

CENNI STORICI

Storicamente la topografia (per motivi tecnici) si è basata soprattutto sulla misurazione degli angoli formati dalle direzioni individuate dai punti di cui si deve determinare la posizione (misurazione di angoli e calcolo delle distanze per via trigonometrica) e sulla misura diretta di alcune distanze. In tempi più recenti, l'introduzione di nuovi strumenti ottico-elettronici ha conferito maggiore importanza alla misurazione diretta delle distanze. Negli ultimi anni, la diffusione dei sistemi satellitari di posizionamento ha consentito la determinazione diretta della posizione delle entità sulla superficie terrestre

STRUMENTI E MISURE DELLE LUNGHEZZE
Nell’Almagesto di Claudio Tolomeo (II secolo d.C.) sono descritti alcuni strumenti, tra cui il cerchio equatoriale, il regolo parallattico, il cerchio diviso o graduato che si ritrovano comestrumenti topografici del XV e XVI secolo2, talvolta con nomi che derivano dalla cultura araba, mentre nel periodo del medioevo sono rarissime le testimonianze scritte sugli strumenti,scientifici e sulla loro rappresentazione, queste cominciano a comparire nel XV e XVI secolo con i trattati degli astronomi e dei cultori di geometria pratica e con le traduzioni dell’operra degli scienziati arabi.

Le prime misure dirette della storia umana riguardano senza dubbio le lunghezze e i campioni di lunghezza sicostruirono su basi antropomorfe confrontandoli con le dimensioni di parti del corpo umano. Nacquero cosi il braccio (l’antico cubitus dei romani), il passo, il piede la stadia dei greci, la tesa. Le unità si resero il più possibile uguali utilizzando regoli rigidi, aste e canne. Gi ingegneri e gli architetti greci e romani ebbero sempre ben presenti le difficoltà di eseguire corrette misure di lunghezza; le funi dovevano essere sempre in tensione e dovevano
essere conservate avvolte su rulli, le catene erano meno affidabili. In seguito e fino alla fine dell’Ottocento, la misura diretta delle distanze fu fatta con canne e pertiche, generalmente diabete con sezione circolare o poligonale. Esse erano munite di ghiere d’ottone e di ferro,erano lunghe di solito 3 m, divise in cm e numerate ad ogni dm

Gli scritti di Erone e di Vitruvio riportano la presenza di una strumentazione chiamata "L’odometro " esso è una macchina ideata nell'antica Roma, per misurare la distanza percorsa su una via terrestre mediante i giri di una ruota misuratore stradale, oppure la distanza percorsa da una imbarcazione in mare odometro navale. Lo strumento terrestre L’odometro sparì per lungo tempo e rifece la sua comparsa con Leonardo da Vinci nella seconda metà del XV secolo accanto ad esso Accanto si devono nominare i podometri, o contatori di passi,che sono associati ad una sequenza di passi eseguiti da una persona. Questa tecnica dava,misurazioni molto approssimate della distanza tra due località

STRUMENTI E MISURE DEGLI ANGOLI

Le prime misure indirette dell’antichità furono fatte attraverso l’ombra dello gnomone o conmetodi più semplici. Lo gnomone è forse lo strumento più antico per valutare le distanze angolari. Nella sua utilizzazione più semplice si trattava di un palo conficcato verticalmente al centro di una o più circonferenze concentriche tracciate per terra. Se ne attribuisce l’invenzione ad (Anassimandro    filosofo greco antico presocratico e il primo cartografo nella storia) che sembra osservasse con esso il ritorno del sole e i solstizi e tentasse di misurare  l’obliquità dell’eclittica all’equatore,si misurava la lunghezza del tratto d’ombra del palo prodotta dal sole e, valutandone il rapporto con la lunghezza del palo, si ricavava l’angolo che il raggio solare passante per la sommità del paletto, faceva col piano dell’orizzonte,è evidente che una misura angolare è legata all’individuazione di una direzione iniziale dalla quale far partire la misura dell’angolo assegnato.

Il più antico strumento per rilevare,fissare o tracciare direzioni è la diottra a traguardi:
La diottra, o alidada, consiste in una riga di legno o metallo all’estremità della quale sonoapplicati due diaframmi o alette , o pinnule, sempre di metallo, il piano delle quali è perpendicolare al piano di appoggio della riga stessa.. In uno di questi diaframmi, detto pinnula oculare, è praticato un piccolo foro al quale si applica l’occhio; nell’altro, dettopinnula obbiettiva, è invece posizionato un largo foro quadrato, nel quale sono tesi due sottili fili metallici o crini in croce. Il centro del foro oculare e l’incrocio dei fili individuano la linea di mira o di traguardo.


Succesivamente abbiamo il bastone di Giacobbe:
Il bastone di Giacobbe è uno strumento di misura a forma di croce, che veniva usato nel Medioevo per misurazioni nautiche ed astronomiche esso veniva usato dagli eserciti per determinare le distanze dei luoghi inaccessibili, le altezze delle mura delle fortificazioni e dei castelli, e dagli artiglieri delle navi per valutare quando le navi nemiche sarebbero arrivate a tiro dei propri cannoni.

Il quadro geometrico
Il quadrato geometrico ebbe grande diffusione nel XV e XVI secolo, anche per la descrizione fattane de diversi autori. Lo strumento nella sue versione più diffusa è costituito da quattro regoli di legno disposti secondi i lati di un quadrato. In uno dei vertici, dove l’osservatore pone l’occhio, è incernierata l’alidada o asse di osservazione, o linea di mira, dotata di traguardi. L’alidada ruota complessivamente di un angolo di 90° movendosi sopra due lati del quadrato,convenientemente graduati.. La lunghezza del lato del quadrato geometrico èvariabile a seconda dell’uso che si vuole fare dello strumento, mentre i due lati graduati sono sempre suddivisi, sul bordo esterno mediante raggi passanti, secondo la linea di mira, per il centro di rotazione dell’alidada.


Il polimetrum ed il theodolitus, (teodolite)
Il primo strumento capace di misurare gli angoli orizzontali e verticali sembra essere stato il polimetrum, costruito dal topografo e cartografo Martin Waldssmüller, originario della Renania. Lo strumento era provvisto di bussola, nella forma descritta da Gregor Reisch nella sua Margarita Philosophica del 1508 e la diottra era realizzata con un lungo tubo provvisto di fessure alle due estremità, che veniva posizionato sia orizzontalmente che verticalmente.
Sul piano orizzontale (planimetra) è riportato il cerchio intero, diviso in quattro quadranti ed al centro di esso il quadrato con scale divise da 0 a 12. Il filo a piombo assicurava la perpendicolarità del piano verticale (altimetra) dove si trovava la scala del semicerchio diviso.
Esso è costituito nella sua prima parte da un quadrato geometrico all’interno del quale è stato tracciato un cerchio intero. Due lati del quadrato portano le divisioni in 1200 parti uguali,come avveniva per lo strumento di Purbach, mentre il cerchio è diviso in 360°. Il quadrato geometrico, che deve essere posto su un piano orizzontale, è corredato da due alidade,una delle quali è situata nel vertice del quadrato, mentre la seconda viene posizionata al centro del cerchio per determinare la traccia del piano verticale, che contiene la linea di mira, sul piano orizzontale. Il piano verticale è costituito da un mezzo cerchio graduato che ruota attorno ad un supporto (che serve anche da alidada) che mantiene il semicerchio verticale intorno ad un asse orizzontale passante per il suo centro e contemporaneamente ruota attorno al suo sostegno alidada. La linea di mira è individuata dalle due pinnule disposte secondo il diametro del semicerchio. Il mezzo cerchio verticale non è altro che la fusione di due quadrati geometrici, Inoltre, prima di effettuare le misure, è necessario centrare la bolla della livella, cioè far sì che la tangente centrale della livella, (una fiala di vetro a forma di calotta sferica o a forma toroidale riempita parzialmente di liquido, in modo da formare nella parte alta una bolla d'aria) sia parallela alla retta di appoggio. Questo permette di ottenere la precisione necessaria nelle misure topografiche.Le misurazioni azimutali sono fatte sul cerchio orizzontale mentre quelle zenitali sono effettuate su quello verticale. Per ottenere una maggiore precisione le letture sono ripetute su zone diverse del cerchio azimutale (regolabile mediante una vite) ed assumendo come valore la media di queste calcolata mediante la regola di Bessel esso di differenzia dal tacheometro che misura anche le distanze, per la maggiore precisione delle misure angolari.

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