Cap.5 - Le carte di navigazione
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5.1.1 - Carta <strong>di</strong> Mercatore<br />
Capitolo 5<br />
LE CARTE DI NAVIGAZIONE<br />
115<br />
CAPITOLO 5 – LE CARTE DI NAVIGAZIONE<br />
La carta <strong>di</strong> Mercatore è una rappresentazione isogona appartenente<br />
alla famiglia <strong>di</strong> <strong>carte</strong> cilindriche che conserva la lunghezza dell'equatore<br />
della Terra obiettiva; l'equatore è pertanto una linea automecoica (stessa<br />
lunghezza), sul quale il modulo <strong>di</strong> riduzione lineare è uguale all'unità<br />
(deformazione nulla: n=1).<br />
Fu ideata e costruita dal geografo e cartografo olandese Gerhard<br />
Kremer (1512-1594), soprannominato Mercatore, che nel 1569<br />
pubblicò, quale primo esempio <strong>di</strong> tale carta, il Grande Mappamondo<br />
(Nova et aucta orbis terrae descriptio), inciso su 18 fogli <strong>di</strong> rame <strong>di</strong> cui<br />
si posseggono 4 copie. Di generale uso in <strong>navigazione</strong> per quanto verrà<br />
più avanti esposto, la carta fu nel 1645 ben definita matematicamente<br />
dal Bond considerando sferica la forma della Terra. Improprio<br />
l'appellativo <strong>di</strong> proiezione <strong>di</strong> Mercatore; la giustificazione va ricercata<br />
nel considerarla quale trasformazione, al fine <strong>di</strong> renderla isogona, della<br />
proiezione cilindrica tangente <strong>di</strong>retta (proiezione dal centro della Terra<br />
obiettiva su un cilindro tangente all'equatore); alla fine del XVI secolo<br />
fu chiamata carta ridotta o delle latitu<strong>di</strong>ni crescenti.<br />
Per quanto definito, sulla carta <strong>di</strong> Mercatore i paralleli ed i meri<strong>di</strong>ani<br />
sono rappresentati da due fasci <strong>di</strong> rette parallele, fasci tra loro<br />
perpen<strong>di</strong>colari; inoltre, l'equatore viene rappresentato, a seconda della<br />
forma della Terra, da un segmento lungo 1 a 2π o 1 R 2π con a1 ed R1<br />
rispettivamente il semiasse maggiore dell’ellissoide rappresentativo ed<br />
il raggio della Terra obiettiva. <strong>Le</strong> relazioni <strong>di</strong> corrispondenza della carta<br />
<strong>di</strong> Mercatore si ricavano dalla teoria generale delle <strong>carte</strong> isogone;<br />
comunque è possibile ricavare le relazioni <strong>di</strong> corrispondenza, per mezzo<br />
<strong>di</strong> considerazioni geometriche. Per ottenere ciò risulta pratico<br />
considerare un sistema <strong>di</strong> assi <strong>carte</strong>siani ortogonali, l'asse x coincidente<br />
con l'equatore e l'asse y col meri<strong>di</strong>ano <strong>di</strong> Greenwich (l'origine del<br />
sistema <strong>carte</strong>siano coincide col piede del meri<strong>di</strong>ano <strong>di</strong> Greenwich).<br />
In figura 5.1 A e B rappresentano due punti sull'ellissoide o sulla sfera<br />
obiettiva, infinitamente vicini, considerati né sullo stesso meri<strong>di</strong>ano né<br />
sul parallelo passante per A; il parallelo passante per B incontra il<br />
meri<strong>di</strong>ano <strong>di</strong> A nel punto C. Il triangolo rettangolo (ellissoi<strong>di</strong>co e/o<br />
sferico) mistilineo ABC può essere considerato piano per la sua
116<br />
MARIO VULTAGGIO<br />
piccolezza; a questo corrisponde sul piano il triangolo abc, anch'esso<br />
infinitesimo; tra i punti sull’ellissoide e/o sfera ed i punti sul piano si<br />
impone la proprietà della corrispondenza biunivoca ( proprietà che<br />
assicura l’esistenza , l’unicità e la corrispondenza fra i punti). I punti sul<br />
piano sono rappresentati dalle due seguenti relazioni:<br />
( φ , λ)<br />
, y y(<br />
φ,<br />
λ)<br />
x = x =<br />
(5.1)<br />
note come relazioni <strong>di</strong> corrispondenza; esplicitando le leggi che<br />
definiscono le due equazioni è possibile costruire delle <strong>carte</strong> le cui<br />
proprietà sono proprio fornite dalla legge con cui si sono definite le due<br />
relazioni.<br />
Figura 5.1 – Triangolo ellissoi<strong>di</strong>co e/o sferico e sua<br />
rappresentazione sul piano <strong>carte</strong>siano.<br />
Prima <strong>di</strong> procedere, in modo elementare, alla ricerca delle relazione <strong>di</strong><br />
corrispondenza della carta <strong>di</strong> Mercatore, è importante osservare che il<br />
triangolo sferico, riportato in figura 5.1, non è isometrico; questa<br />
proprietà si ricava <strong>di</strong>rettamente osservando che nella seguente relazione:<br />
ds +<br />
2 2 2 2 2<br />
= ρ dφ<br />
r dλ<br />
(5.2)<br />
che esprime la lunghezza dell’arco infinitesimo AB, a parità <strong>di</strong> angoli si<br />
ottengono archi <strong>di</strong> lunghezza <strong>di</strong>fferente essendo <strong>di</strong>fferenti i raggi <strong>di</strong><br />
curvatura. Per rendere isometrico il triangolo sferico si introduce una<br />
nuova variabile:<br />
ρ<br />
dv = dφ<br />
(5.3)<br />
r<br />
che sostituita nella (5.2) rende isometrico il triangolo sferico:<br />
2 2 ( dv dλ<br />
)<br />
2 2<br />
ds r +<br />
= (5.4)
117<br />
CAPITOLO 5 – LE CARTE DI NAVIGAZIONE<br />
Dopo <strong>di</strong> che, la con<strong>di</strong>zione <strong>di</strong> isogonismo della carta <strong>di</strong> Mercatore, può<br />
essere imposta considerando il triangolo sferico legato ai punti ABC e il<br />
triangolo piano corrispondente come triangoli rettangoli simili come<br />
riportato in figura 5.2. (E’ importante, in questa fase, ricordare che la<br />
carta <strong>di</strong> Mercatore appartenendo alla famiglia delle <strong>carte</strong> cilindriche le<br />
trasformate dei meri<strong>di</strong>ani e dei paralleli si intersecano sotto angolo <strong>di</strong><br />
90°; questa proprietà giustifica la terna rettangolare piana usata nella<br />
figura 5.2).<br />
B μ<br />
C<br />
dm<br />
A<br />
α<br />
ds<br />
y<br />
o<br />
Figura 5.2 - Triangolo sferico isometrico e triangolo rettangolo piano<br />
Qui <strong>di</strong> seguito sono considerati i due casi: Terra ellissoi<strong>di</strong>ca e Terra<br />
sferica.<br />
5.1.2 – Terra ellissoi<strong>di</strong>ca<br />
Risulta imme<strong>di</strong>ata, dalla similitu<strong>di</strong>ne dei due triangoli riportati in figura<br />
5.2, la prima relazione <strong>di</strong> corrispondenza:<br />
dy<br />
b<br />
a<br />
α1<br />
dx<br />
ds1<br />
x = a λ<br />
(5.5)<br />
1<br />
che rappresenta anche l'equazione dei meri<strong>di</strong>ani, con λ espressa in<br />
ra<strong>di</strong>anti. Affinché la rappresentazione sia isogona, per essere cioè<br />
α = α1<br />
, occorre imporre la con<strong>di</strong>zione <strong>di</strong> similitu<strong>di</strong>ne dei due triangoli<br />
infinitesimi abc e ABC; questa proprietà si verifica solamente se esiste<br />
proporzionalità tra i loro lati omologhi:<br />
cb ac ab<br />
= =<br />
(5.6)<br />
CB AC AB<br />
c<br />
x
118<br />
MARIO VULTAGGIO<br />
È noto il primo rapporto, conoscendo la legge <strong>di</strong> tracciamento dei<br />
meri<strong>di</strong>ani espressa dalla (5.5):<br />
dx a dλ<br />
= =<br />
CB rdλ<br />
rdλ<br />
cb 1 1 =<br />
a<br />
r<br />
(5.7)<br />
Anche gli altri due rapporti (5.6) dovranno essere uguali a a1/r;<br />
prendendo in considerazione il secondo rapporto si ha:<br />
ac<br />
AC<br />
a1<br />
dy a1<br />
= , = , dy = a1dv<br />
(5.8)<br />
r rdv r<br />
equazione <strong>di</strong>fferenziale che permette <strong>di</strong> ottenere la seconda relazione <strong>di</strong><br />
corrispondenza che fornisce l'equazione dei paralleli. Dalla sua<br />
integrazione si ottiene:<br />
y = a1<br />
v + C , per v = 0, C = 0<br />
dove v, espressa in ra<strong>di</strong>anti, rappresenta la latitu<strong>di</strong>ne crescente o<br />
isometrica, la cui espressione è stata stu<strong>di</strong>ata nel paragrafo 1.7.1,<br />
relazione 1.36 e qui <strong>di</strong> seguito riportata in Appen<strong>di</strong>ce:<br />
⎡<br />
⎢ ⎛π<br />
φ ⎞⎛<br />
1 − e sinφ<br />
⎞<br />
v = ln tan⎜<br />
+ ⎟⎜<br />
⎟<br />
⎢ ⎝ 4 2 ⎠<br />
⎢<br />
⎝ 1 + sinφ<br />
⎠<br />
⎣<br />
e<br />
2<br />
⎤<br />
⎥<br />
⎥<br />
⎥⎦<br />
(5.9)<br />
Il terzo rapporto, che definisce il modulo <strong>di</strong> riduzione lineare n, dovrà<br />
a1 anch'esso essere uguale a ; ricordando l'espressione <strong>di</strong> r (1.16) si ha:<br />
r<br />
2 2 ( 1 − e sin φ )<br />
1<br />
2<br />
2 2<br />
a1<br />
1 − e sin φ<br />
n = =<br />
=<br />
(5.10)<br />
r cosφ<br />
cosφ<br />
Si noti che il modulo <strong>di</strong>pende esclusivamente dalla latitu<strong>di</strong>ne, per cui la<br />
scala lineare varia da parallelo a parallelo; quella equatoriale, essendo<br />
n=1 per φ = 0 è espressa da:<br />
a1 σ e =<br />
a<br />
e quella sul parallelo <strong>di</strong> latitu<strong>di</strong>ne φ da:
5.1.3 - Terra sferica<br />
119<br />
CAPITOLO 5 – LE CARTE DI NAVIGAZIONE<br />
ds1 nds<br />
σ = = =<br />
dS dS<br />
1<br />
dS<br />
nds<br />
(5.11)<br />
L’equazione dei meri<strong>di</strong>ani, nel caso sferico, rappresentata dalla prima<br />
relazione <strong>di</strong> corrispondenza, è espressa da:<br />
x = R λ<br />
(5.12)<br />
1<br />
con λ espressa in ra<strong>di</strong>anti. Il primo dei rapporti (5.6), tenendo presente<br />
la (5.12), risulta:<br />
onde:<br />
da cui:<br />
ac<br />
AC<br />
cb<br />
CB<br />
dx R1<br />
dλ<br />
1<br />
= = =<br />
rdλ<br />
R cosφdλ<br />
cosφ<br />
1<br />
=<br />
cosφ<br />
rdv R cosφdv<br />
= =<br />
cosφ<br />
cosφ<br />
,<br />
1<br />
dy<br />
rdv<br />
1 dy = 1<br />
= cosφ<br />
R dv<br />
(5.13)<br />
e quin<strong>di</strong> la seconda relazione <strong>di</strong> corrispondenza, equazione dei paralleli:<br />
y = R1<br />
v + C per v = 0 , C = 0<br />
essendo v la latitu<strong>di</strong>ne crescente per la sfera data dalla (5.9):<br />
⎡ ⎛ φ ⎞⎤<br />
v = ln⎢tan⎜45<br />
+ ⎟⎥<br />
⎣ ⎝ 2 ⎠⎦<br />
(5.14)
120<br />
MARIO VULTAGGIO<br />
Il modulo <strong>di</strong> riduzione lineare, fornito dal terzo dei rapporti (5.6), risulta<br />
1<br />
anch’esso uguale a ; <strong>di</strong> qui la scala lineare sul equatore e sul<br />
cosφ<br />
parallelo <strong>di</strong> latitu<strong>di</strong>ne φ espresse rispettivamente da:<br />
R1<br />
σ e = =<br />
R<br />
1<br />
R<br />
R<br />
, σ φ = σ e secφ<br />
(5.15)<br />
1<br />
Ed ora, al termine <strong>di</strong> questo paragrafo, una proprietà della carta molto<br />
utile alla <strong>navigazione</strong>: su <strong>di</strong> essa viene rappresentata da una retta la<br />
lossodromia sferica ed ellissoi<strong>di</strong>ca intendendo per lossodromia<br />
(cammino obliquo) quella curva che sulle superfici <strong>di</strong> rotazione incontra<br />
i meri<strong>di</strong>ani sotto lo stesso angolo.<br />
5.1.4 - Costruzione della carta <strong>di</strong> Mercatore<br />
Per la costruzione della carta <strong>di</strong> Mercatore occorre introdurre la<br />
lunghezza del primo <strong>di</strong> equatore (u), detto modulo della carta ricavabile<br />
dalla scala prefissata (equatoriale o relativa ad un dato parallelo); se<br />
viene imposta questa lunghezza, risultano <strong>di</strong> conseguenza definite le<br />
scale e ciò accade quando si è obbligati a rispettare le <strong>di</strong>mensioni del<br />
foglio sul quale operare.<br />
La carta rappresentativa della regione compresa tra i paralleli <strong>di</strong><br />
'<br />
latitu<strong>di</strong>ne φ e φ ed i meri<strong>di</strong>ani <strong>di</strong> longitu<strong>di</strong>ne , λ . e , λ ' avrà le seguenti<br />
<strong>di</strong>mensioni:<br />
l arg<br />
altezza<br />
( L)<br />
= Δλu<br />
( H ) = Δvu<br />
hezza<br />
'<br />
con Δλ = λ'−λ<br />
e Δv<br />
= φc<br />
−φ<br />
c . Occorre, pertanto conoscere le latitu<strong>di</strong>ni<br />
'<br />
crescenti relative alle latitu<strong>di</strong>ni geografiche φ e φ , per questo sono a<br />
<strong>di</strong>sposizione apposite tavole (ve<strong>di</strong>, ad es., quella inserita nelle Tavole<br />
Nautiche, pubblicazione dell'Istituto Idrografico della Marina), oppure<br />
usare le relazioni stu<strong>di</strong>ate della latitu<strong>di</strong>ne isometrica.<br />
Nota la lunghezza del primo <strong>di</strong> equatore, riesce imme<strong>di</strong>ato il<br />
tracciamento dei meri<strong>di</strong>ani. Segnato, poi, il parallelo più basso, quello
121<br />
CAPITOLO 5 – LE CARTE DI NAVIGAZIONE<br />
<strong>di</strong> latitu<strong>di</strong>ne φ (per una regione dell'emisfero nord), la <strong>di</strong>stanza da<br />
questo del parallelo <strong>di</strong> latitu<strong>di</strong>ne φ i è data da:<br />
Δ = ( v − v)u<br />
(5.16)<br />
Hi i<br />
con vi e v rispettivamente le latitu<strong>di</strong>ni crescenti <strong>di</strong> φ i e <strong>di</strong> φ , espresse in<br />
primi; e così le <strong>di</strong>stanze, sempre dal parallelo più basso, <strong>di</strong> tutti gli altri<br />
paralleli.<br />
Figura 5.3 – Reticolato <strong>di</strong> una carta <strong>di</strong> Mercatore<br />
Si noti che la lunghezza del primo <strong>di</strong> latitu<strong>di</strong>ne varia con la latitu<strong>di</strong>ne,<br />
essa è data dal prodotto u × n con n il modulo <strong>di</strong> riduzione lineare ed u<br />
il modulo della carta. Inoltre, per il principio matematico sul quale si<br />
basa la carta, le <strong>di</strong>stanze vanno misurate sulla scala delle latitu<strong>di</strong>ni,<br />
corrispondendo un primo <strong>di</strong> latitu<strong>di</strong>ne ad un miglio (la lunghezza del<br />
miglio varia con la latitu<strong>di</strong>ne ).<br />
Nel caso <strong>di</strong> costruzione <strong>di</strong> una carta <strong>di</strong> Mercatore relativa ad una<br />
regione poco estesa in latitu<strong>di</strong>ne, specialmente situata a basse latitu<strong>di</strong>ni,<br />
le lunghezze del primo <strong>di</strong> latitu<strong>di</strong>ne relative alle latitu<strong>di</strong>ni estreme, sono<br />
pressappoco uguali, per cui si può assumere una lunghezza costante del<br />
primo <strong>di</strong> latitu<strong>di</strong>ne per tutta la zona da rappresentare, data da:
122<br />
m<br />
MARIO VULTAGGIO<br />
u secφ<br />
(5.17)<br />
con φ m la latitu<strong>di</strong>ne me<strong>di</strong>a tra quelle estreme. Questa lunghezza può<br />
ottenersi anche graficamente, come mostra la figura. 5.4 che non<br />
richiede commenti.<br />
Latitu<strong>di</strong>ne (primi) - <strong>di</strong>stanza (miglia)<br />
0’<br />
φ<br />
2’ 4’ 6’ 8’ 10’ 12’<br />
0’ 2’ 4’ 6’ 8’ 10 ’ 12’<br />
Figura 5.4 – Costruzione del triangolo del parallelo me<strong>di</strong>o<br />
5.1.5 – Piano <strong>di</strong> Mercatore<br />
A conferma della vali<strong>di</strong>tà <strong>di</strong> questa costruzione si consideri la <strong>di</strong>fferenza<br />
<strong>di</strong> latitu<strong>di</strong>ne crescente per la sfera tra due paralleli molto vicini,<br />
rispettivamente <strong>di</strong> latitu<strong>di</strong>ne geografica φ 2 e φ1<br />
. Essa è data da:<br />
ponendo:<br />
ed esprimendo 2 e φ1<br />
si può scrivere:<br />
⎡ ⎛ φ2<br />
⎞⎤<br />
⎡ ⎛ φ1<br />
⎞⎤<br />
Δ v = Δφc<br />
= ln⎢tan⎜45<br />
+ ⎟⎥<br />
− ln⎢tan⎜45<br />
+ ⎟⎥<br />
(5.18)<br />
⎣ ⎝ 2 ⎠⎦<br />
⎣ ⎝ 2 ⎠⎦<br />
f<br />
⎡<br />
⎛<br />
φ ⎞⎤<br />
φ ⎞⎤<br />
2<br />
1<br />
( φ 2 ) = ln⎢tan⎜45<br />
+ ⎟⎥<br />
e f ( φ1)<br />
= ln⎢tan⎜45<br />
+ ⎟⎥<br />
⎣ ⎝ 2 ⎠⎦<br />
⎣ ⎝ 2 ⎠⎦<br />
φ<br />
φ in funzione <strong>di</strong> m<br />
Δφ<br />
Δφ<br />
φ2 = φm<br />
+ e φ1<br />
= φm<br />
−<br />
(5.19)<br />
2<br />
2<br />
⎡<br />
⎛
123<br />
CAPITOLO 5 – LE CARTE DI NAVIGAZIONE<br />
⎛ Δφ<br />
⎞<br />
⎛ Δφ<br />
⎞<br />
φ (5.20)<br />
( 2 ) = f ⎜φm<br />
+ ⎟ , f ( φ1)<br />
= f ⎜φ<br />
− ⎟<br />
⎝ 2 ⎠<br />
⎝ 2 ⎠<br />
f m<br />
Sviluppando queste ultime espressioni in serie <strong>di</strong> Taylor, si ottiene:<br />
f<br />
f<br />
sottraendo:<br />
ed essendo:<br />
'<br />
''<br />
'''<br />
( φ ) = f ( φ ) + f ( φ ) + f ( φ ) + f ( φ )<br />
2<br />
'<br />
''<br />
'''<br />
( φ ) = f ( φ ) − f ( φ ) + f ( φ ) − f ( φ )<br />
1<br />
m<br />
m<br />
Δφ<br />
2<br />
Δφ<br />
2<br />
'<br />
f m<br />
1<br />
cosφm<br />
per cui alla fine si ottiene:<br />
m<br />
m<br />
2<br />
Δφ<br />
8<br />
2<br />
Δφ<br />
8<br />
m<br />
m<br />
3<br />
Δφ<br />
48<br />
3<br />
Δφ<br />
48<br />
3<br />
Δφ<br />
f 2 − 1<br />
m φm<br />
24<br />
'<br />
'''<br />
( φ ) f ( φ ) = Δφf<br />
( φ ) + f ( ) + ........<br />
''<br />
m<br />
'''<br />
( φ ) =<br />
, f ( φ ) =<br />
, f ( φ )<br />
Δφ<br />
ed ancora, esprimendo tutto in primi:<br />
Δφ<br />
m<br />
sinφ<br />
2<br />
cos φ<br />
m<br />
Δφ<br />
1 + sin φ<br />
m<br />
m<br />
m<br />
(5.21)<br />
2<br />
1 + sin φm<br />
= 3<br />
cos φ<br />
3<br />
2<br />
m<br />
c = Δφ<br />
secφm<br />
+<br />
(5.22)<br />
3<br />
24 cos φm<br />
Δφ'<br />
1 + sin φ<br />
3<br />
2<br />
' '<br />
m<br />
c = Δφ<br />
secφm<br />
+<br />
(5.23)<br />
3<br />
24 cos φm<br />
m
Latitu<strong>di</strong>ne<br />
42°<br />
40°<br />
38°<br />
36°<br />
34°<br />
32°<br />
30°<br />
50° 52° 54° 56°<br />
58 ° 60° 62 °<br />
Longitu<strong>di</strong>ne (est da Greenwich)<br />
124<br />
37°<br />
36°<br />
35°<br />
55°<br />
MARIO VULTAGGIO<br />
56° 57°<br />
Figura 5.5 – Reticolato carta <strong>di</strong> Mercatore e Piano <strong>di</strong> Mercatore.<br />
Considerando costante la lunghezza del primo <strong>di</strong> latitu<strong>di</strong>ne per tutta<br />
l'estensione della carta, si commette un errore dato da:<br />
3<br />
2<br />
Δ φ'<br />
1 + sin φm<br />
2<br />
E = sin 1'<br />
(5.24)<br />
3<br />
24 cos φ<br />
m<br />
che per φ m = 60°<br />
e Δφ<br />
= 2°<br />
risulta minore <strong>di</strong> 1/10 <strong>di</strong> primo. Questo<br />
risultato giustifica l’uso del piano <strong>di</strong> Mercatore costruito con le relazioni<br />
<strong>di</strong> corrispondenza:<br />
(5.25)<br />
y c x<br />
= u ⋅ Δφ<br />
, = u ⋅ Δλ<br />
per la risoluzione grafica <strong>di</strong> molti problemi <strong>di</strong> <strong>navigazione</strong> lossodromica<br />
utilizzando la carta quadrettata. La figura 5.3 mostra la carta <strong>di</strong><br />
Mercatore della superficie terrestre compresa tra i paralleli <strong>di</strong> latitu<strong>di</strong>ne<br />
± 80°.<br />
5.2 - <strong>Le</strong> <strong>carte</strong> prospettiche<br />
Si definiscono <strong>carte</strong> prospettiche le proiezioni della Terra sferica o<br />
ellissoi<strong>di</strong>ca su un piano o su una superficie sviluppabile in un piano.
125<br />
CAPITOLO 5 – LE CARTE DI NAVIGAZIONE<br />
Quando si parla <strong>di</strong> proiezioni, occorre stabilire la posizione del quadro<br />
(piano o superficie sviluppabile) e la posizione del punto <strong>di</strong> vista. I<br />
punti della superficie terrestre sono determinati dall'incontro con il<br />
quadro delle visuali condotte ad essi dal punto <strong>di</strong> vista; le varie<br />
proiezioni si <strong>di</strong>stinguono a seconda della scelta e del tipo <strong>di</strong> quadro, a<br />
seconda della posizione del punto <strong>di</strong> vista rispetto al centro della terra.<br />
<strong>Le</strong> rappresentazioni prospettiche si <strong>di</strong>vidono in Proiezioni<br />
ortografiche, quando il punto <strong>di</strong> vista è all'infinito; Proiezioni<br />
scenografiche quando il punto <strong>di</strong> vista è a <strong>di</strong>stanza finita dal centro<br />
della Terra; Proiezioni stereografiche quando il punto <strong>di</strong> vista è situato<br />
sulla superficie della Terra; proiezioni centrografiche o gnomoniche<br />
quando il punto <strong>di</strong> vista coincide con il centro della terra.<br />
Figura 5.6 - Rappresentazioni prospettiche piane<br />
Rispetto al piano o superficie le <strong>carte</strong> prospettiche si <strong>di</strong>vidono: Piane,<br />
Cilindriche e Coniche; le prime hanno come piano prospettico un piano<br />
normale alla congiungente centro Terra punto <strong>di</strong> vista (figura 5.6); le<br />
seconde hanno come piano prospettico un cilindro tangente o secante
126<br />
MARIO VULTAGGIO<br />
alla Terra (figura 5.7a); le terze hanno come piano prospettico un cono<br />
tangente o secante (figura 5.7b).<br />
Figura 5.7 - Rappresentazione prospettiche: a) cilindriche b) coniche
5.2.1 - Carte scenografiche<br />
127<br />
CAPITOLO 5 – LE CARTE DI NAVIGAZIONE<br />
Per stabilire le relazioni <strong>di</strong> corrispondenza delle <strong>carte</strong> scenografiche<br />
si consideri la figura 5.8 nella quale è <strong>di</strong>segnata la sfera rappresentativa<br />
<strong>di</strong> centro T e <strong>di</strong> raggio R. Sia O il punto <strong>di</strong> vista posto alla <strong>di</strong>stanza<br />
OT = d , dal centro della sfera e sia α il piano normale alla<br />
congiungente OZ; sia Z( φ o , λo<br />
) l'osservatore posto sulla congiungente<br />
centro della sfera-punto <strong>di</strong> vista.<br />
Figura 5.8 – Geometria della proiezione scenografica<br />
Sia Txy un sistema <strong>di</strong> riferimento <strong>carte</strong>siano con l'asse Ty coincidente<br />
con il meri<strong>di</strong>ano <strong>di</strong> Z e con l'asse Tx coincidente con l'intersezione
128<br />
MARIO VULTAGGIO<br />
dell'equatore con l'orizzonte <strong>di</strong> Z. Il punto a, rappresentazione sul piano<br />
A φ, λ della sfera rappresentativa ha coor<strong>di</strong>nate:<br />
α del punto ( )<br />
Dai triangoli OTa e OLA si ha:<br />
ma essendo:<br />
con R = 1 , si ha:<br />
⎡D⎤<br />
⎡cosω<br />
⎤ ⎡x<br />
⎤<br />
a = ⎢ ⎥ = D⎢<br />
⎥ = ⎢ ⎥<br />
⎢⎣<br />
ω ⎥⎦<br />
⎢⎣<br />
senω<br />
⎥⎦<br />
⎢⎣<br />
y⎥⎦<br />
( d + TL)<br />
D LA<br />
OT : OL = Ta : LA , d : = :<br />
TL = R cos δ = cosδ<br />
, LA = Rsenδ<br />
= senδ<br />
d<br />
D<br />
d + cosδ<br />
=<br />
senδ<br />
d senδ<br />
D =<br />
d + cosδ<br />
(5.26)<br />
(5.27)<br />
⎡ d senδ<br />
⎤<br />
⎡x<br />
⎤ ⎢<br />
cosω<br />
⎥<br />
⎢ ⎥ d + cosδ<br />
a = = ⎢<br />
⎥<br />
(5.28)<br />
⎢ ⎥ ⎢ d senδ<br />
⎥<br />
⎢⎣<br />
y⎥⎦<br />
⎢ senω<br />
⎣d<br />
+ cosδ<br />
⎥<br />
⎦<br />
Inoltre, considerando il triangolo sferico ZAP n ( v. figura 5.9), si<br />
ricavano le tre relazioni fondamentali della trigonometria sferica:<br />
cosδ<br />
= senφ<br />
senφ<br />
+ cosφ<br />
cosφ<br />
cos Δλ<br />
o<br />
senδ<br />
cosω<br />
= cosφsenΔλ<br />
⎛ π ⎞ ⎛ π ⎞ ⎛ π ⎞ ⎛ π ⎞ ⎛ π ⎞<br />
senδ<br />
cos⎜<br />
− ω ⎟ = cos⎜<br />
−φ<br />
⎟sen⎜<br />
−φ<br />
o ⎟ − sen⎜<br />
−φ<br />
⎟cos⎜<br />
− φ0<br />
⎟cos<br />
Δλ<br />
⎝ 2 ⎠ ⎝ 2 ⎠ ⎝ 2 ⎠ ⎝ 2 ⎠ ⎝ 2 ⎠<br />
senδsenω<br />
= senφ<br />
cosφ<br />
− cosφsenφ<br />
cos Δλ<br />
o<br />
o<br />
o
A<br />
δ<br />
π<br />
2<br />
129<br />
-φ<br />
π<br />
2<br />
CAPITOLO 5 – LE CARTE DI NAVIGAZIONE<br />
Z<br />
- ω<br />
Figura 5.9 – Triangolo sferico<br />
con le quali si ottengono le relazioni <strong>di</strong> corrispondenza delle <strong>carte</strong><br />
scenografiche:<br />
( ) ⎥<br />
⎥ ⎥⎥⎥<br />
⎡ d cosφsenΔλ<br />
⎤<br />
⎢d<br />
+ senφsenφo<br />
+ cosφ<br />
cosφ<br />
o cos Δλ<br />
⎢<br />
a = ⎢<br />
⎢ d senφ<br />
cosφ<br />
o − cosφsenφo<br />
cos Δλ<br />
⎢<br />
⎣d<br />
+ senφsenφo<br />
+ cosφ<br />
cosφ<br />
o cos Δλ<br />
⎦<br />
Δ λ<br />
π<br />
2<br />
- φ 0<br />
Pn<br />
(5.29)<br />
Inoltre, quando il piano prospettico non passa per il centro della sfera<br />
rappresentativa (v. figura 5.10), si ha:<br />
O L′<br />
: OT = L′<br />
a′<br />
: Ta<br />
( d Δd<br />
)<br />
+ : d = D′<br />
: D<br />
d + Δd<br />
D′<br />
= D<br />
d<br />
(5.30)<br />
che può essere scritta, tenuto conto dell'espressione <strong>di</strong> D<br />
precedentemente ricavata:<br />
δ<br />
δ sen<br />
d + Δd<br />
D ′ =<br />
(5.31)<br />
d + cos
130<br />
MARIO VULTAGGIO<br />
Figura 5.10 – Piano prospettico non passante per il centro della sfera<br />
cosicché le coor<strong>di</strong>nate del generico punto A sul piano (α’) avranno le<br />
coor<strong>di</strong>nate:<br />
ovvero<br />
d + Δd<br />
x = senδ<br />
cosω<br />
d + cosδ<br />
d + Δd<br />
y = senδ<br />
senω<br />
d + cosδ<br />
[ d + Δd]<br />
cosφsenΔλ<br />
x =<br />
d + senφsenφ<br />
+ cosφ<br />
cosφ<br />
cos Δλ<br />
y =<br />
o<br />
[ d + Δd][<br />
senφ<br />
cosφ<br />
− cosφsenφ<br />
cos Δλ]<br />
d + senφsenφ<br />
+ cosφ<br />
cosφ<br />
cos Δλ<br />
o<br />
o<br />
o<br />
o<br />
o<br />
(5.32)<br />
(5.33)
5.3. – <strong>Le</strong> <strong>carte</strong> prospettiche ortografiche<br />
131<br />
CAPITOLO 5 – LE CARTE DI NAVIGAZIONE<br />
Dalle relazioni generali delle <strong>carte</strong> scenografiche (5.33) si ricavano le<br />
relazioni <strong>di</strong> corrispondenza delle <strong>carte</strong> ortografiche <strong>di</strong>videndo le<br />
relazioni (5.33) per la <strong>di</strong>stanza d ed operando il limite per d tendente<br />
all'infinito.<br />
5.3.1 – Carta ortografica orizzontale.<br />
La carta ortografica orizzontale è definita dalle seguenti equazioni:<br />
⎡x1<br />
⎤ ⎡ cosφsenΔλ<br />
⎤<br />
a = ⎢ ⎥ = ⎢<br />
⎥ (5.34)<br />
⎣y1<br />
⎦ ⎣senφ<br />
cosφ<br />
o − cosφsenφo<br />
cos Δλ⎦<br />
che rappresentano le relazioni <strong>di</strong> corrispondenza con le quali è costruita<br />
la rappresentazione generale della Terra della figura 5.11.<br />
Figura 5.11 – Carta ortografica orizzontale
132<br />
MARIO VULTAGGIO<br />
Dalle relazioni (5.34) si ricavano le equazioni dei meri<strong>di</strong>ani e dei<br />
paralleli; l’equazione dei paralleli si ottiene ricavando dalla prima delle<br />
x<br />
(5.34) sen Δλ<br />
= ; sostituendo nella seconda, dopo aver trovato<br />
cosφ<br />
l’espressione <strong>di</strong> cosφ si ha:<br />
y<br />
+<br />
2 2 2<br />
+ ( sen φ ) x − 2(<br />
cosφo<br />
senφ<br />
) y +<br />
2 2 2 2<br />
( cos φ sen φ − sen φ cos φ ) = 0<br />
o<br />
o<br />
(5.35)<br />
che rappresenta l’equazione <strong>di</strong> un ellisse.<br />
L’equazione dei meri<strong>di</strong>ani si ottiene eliminando le funzioni seno e<br />
coseno della latitu<strong>di</strong>ne φ presente nella seconda relazione delle (5.34);<br />
per ottenere ciò, basta calcolare dalla prima le due seguenti relazioni:<br />
2 2<br />
x<br />
2 sen Δλ<br />
− x<br />
cosφ<br />
= , senφ<br />
= 1 - cos φ =<br />
(5.36)<br />
senΔλ<br />
senΔλ<br />
che sostituite nella seconda equazione delle (5.34)<br />
2 2<br />
2<br />
( sen Δλ)<br />
y + ( 1−<br />
sen φ senΔλ)<br />
+ 2<br />
2 2<br />
( senφ<br />
senΔλ<br />
cosΔλ<br />
) xy − cos φ sen Δλ<br />
= 0<br />
o<br />
o<br />
x<br />
2<br />
+<br />
o<br />
(5.37)<br />
che risulta essere anch’essa una equazione <strong>di</strong> una ellisse. Pertanto nella<br />
carta ortografica orizzontale sia i meri<strong>di</strong>ani che i paralleli sono<br />
rappresentati da coniche.<br />
5.3.2 – Carta ortografica meri<strong>di</strong>ana<br />
La carta ortografica meri<strong>di</strong>ana si ottiene <strong>di</strong>rettamente dalle relazioni<br />
(5.34) ponendo il punto <strong>di</strong> vista sul piano equatoriale all’infinito; in<br />
questo caso il piano prospettico coincide con un piano meri<strong>di</strong>ano.<br />
Ponendo φ o = 0 si ottengono le relazioni <strong>di</strong> corrispondenza della<br />
proiezione ortografica meri<strong>di</strong>ana:<br />
⎡x1<br />
⎤ ⎡cosφ sen Δλ⎤<br />
a =<br />
⎢ ⎥<br />
=<br />
⎢ ⎥<br />
(5.38)<br />
⎢ ⎥ ⎢ ⎥<br />
⎢⎣<br />
y1⎥⎦<br />
⎢⎣<br />
senφ<br />
⎥⎦
133<br />
CAPITOLO 5 – LE CARTE DI NAVIGAZIONE<br />
La carta <strong>di</strong> figura 5.12 è stata costruita con le relazioni <strong>di</strong><br />
corrispondenza (5.38); dalle (5.38) si ricavano facilmente le equazioni<br />
dei meri<strong>di</strong>ani (ellissi in forma canonica) e dei paralleli (rette parallele<br />
all’asse delle x:<br />
sin<br />
2<br />
x 2<br />
y<br />
2<br />
+<br />
Δλ<br />
= 1<br />
equazione dei<br />
meri<strong>di</strong>ani<br />
(5.39)<br />
y = sinφ<br />
equazione dei paralleli<br />
(5.40)<br />
Figura 5.12 – Carta ortografica meri<strong>di</strong>ana<br />
5.3.3 – Carta ortografica equatoriale o polare<br />
Analogamente per quanto fatto per la carta ortografica meri<strong>di</strong>ana,<br />
π<br />
dalle relazioni (5.34) ponendo φ o = si ricavano le relazioni delle<br />
2<br />
<strong>carte</strong> ortografiche equatoriali:
134<br />
MARIO VULTAGGIO<br />
⎡x1<br />
⎤ ⎡ cosφ<br />
sen Δλ<br />
⎤<br />
a =<br />
⎢ ⎥<br />
=<br />
⎢<br />
⎥<br />
(5.41)<br />
⎢ ⎥ ⎢<br />
⎥<br />
⎢⎣<br />
y1⎥⎦<br />
⎢⎣<br />
− cosφ<br />
cosΔλ<br />
⎥⎦<br />
Dalle (5.41) si ricavano facilmente le equazioni dei meri<strong>di</strong>ani e dei<br />
paralleli:<br />
2<br />
2<br />
x y<br />
+ = 1 ,<br />
2<br />
2<br />
cos φ cos φ<br />
(5.42)<br />
y = xtanΔλ<br />
,<br />
(5.43)<br />
Figura 5.13 – Carta ortografica polare<br />
La figura 5.13 mostra la rappresentazione ortografica polare.
5.4. – <strong>Le</strong> rappresentazioni stereografiche<br />
135<br />
CAPITOLO 5 – LE CARTE DI NAVIGAZIONE<br />
<strong>Le</strong> <strong>carte</strong> stereografiche si ricavano ponendo il punto <strong>di</strong> vista sulla<br />
superficie della terra. Si <strong>di</strong>stinguono in orizzontali, meri<strong>di</strong>ane e polari.<br />
5.4.1 – Carta stereografica orizzontale<br />
Dalle relazioni (5.33) si ottengono le relazioni <strong>di</strong> corrispondenza<br />
delle <strong>carte</strong> stereografiche quando il punto <strong>di</strong> vista è situato sulla<br />
superficie della sfera rappresentativa.<br />
Ponendo d = R = 1 si ha:<br />
⎡x<br />
2 ⎤<br />
a = ⎢ ⎥ =<br />
⎣y<br />
2 ⎦<br />
⎡<br />
⎢<br />
⎢<br />
⎢<br />
⎢<br />
⎢<br />
⎣<br />
1<br />
1<br />
cosφsenΔλ<br />
⎤<br />
+ senφ<br />
+<br />
⎥<br />
osenφ<br />
cosφ<br />
o cosφ<br />
cos Δλ<br />
⎥<br />
⎥<br />
senφ<br />
cosφ<br />
- cos sen cos Δλ ⎥<br />
o φ φo<br />
⎥<br />
+ senφo<br />
senφ<br />
+ cosφ<br />
o cosφ<br />
cos Δλ ⎦<br />
Figura 5.14 – Rappresentazione stereografica orizzontale<br />
(5.44)<br />
<strong>Le</strong> equazioni dei meri<strong>di</strong>ani e dei paralleli si ottengono ricavando dalle<br />
relazioni (5.44) le seguenti relazioni:
136<br />
MARIO VULTAGGIO<br />
xsinφ0<br />
cos λ + ysinλ<br />
x cosφ<br />
0<br />
sinφ<br />
=<br />
, cosφ<br />
=<br />
cosφ<br />
sinλ<br />
x cos λ - ysinφ<br />
sinλ<br />
cosφ<br />
sinλ<br />
- x cos λ - ysinφ<br />
sinλ<br />
0<br />
x(<br />
sinφ0<br />
+ sinφ<br />
)<br />
sinλ<br />
=<br />
sinφ<br />
cosφ<br />
+ y cosφ<br />
cosφ<br />
0<br />
- 0<br />
0<br />
0<br />
0<br />
,<br />
cosφ<br />
0sinφ<br />
- y - ysinφ<br />
0sinφ<br />
cos λ =<br />
sinφ<br />
cosφ<br />
+ y cosφ<br />
cosφ<br />
Quadrando e sommando si ottengono le seguenti equazioni <strong>di</strong> secondo<br />
grado:<br />
( sec cot λ)<br />
x + 2y<br />
tan = 1<br />
2 2<br />
x + y + 2 φ 0<br />
φ0<br />
(5.45)<br />
x<br />
2<br />
+ y<br />
2<br />
2 cosφ<br />
0 sinφ0<br />
- sinφ<br />
- y =<br />
(5.46)<br />
sinφ<br />
+ sinφ<br />
sinφ<br />
+ sinφ<br />
0<br />
che rappresentano la prima l’equazione dei meri<strong>di</strong>ani e la seconda<br />
l’equazione dei paralleli; entrambe le equazioni rappresentano delle<br />
circonferenze. Applicando le relazioni analitiche che forniscono le<br />
coor<strong>di</strong>nate del centro ed il raggio si ottiene che:<br />
xc sec o<br />
c<br />
o c<br />
o<br />
= − φ cot λ , y = − tanφ<br />
, r = secφ<br />
cosecλ<br />
(5.47)<br />
i meri<strong>di</strong>ani hanno i centri sulla retta <strong>di</strong> equazione -tanφo parallela<br />
all’asse delle ascisse; i paralleli hanno le seguenti coor<strong>di</strong>nate:<br />
x<br />
c<br />
0<br />
cosφ<br />
o<br />
cosφ<br />
= 0,<br />
y =<br />
, rc<br />
=<br />
(5.48)<br />
senφ<br />
+ senφ<br />
senφ<br />
+ senφ<br />
i centri si trovano tutti sull’asse delle or<strong>di</strong>nate<br />
5.4.2 – Carta stereografica meri<strong>di</strong>ana<br />
o<br />
Dalle relazioni <strong>di</strong> corrispondenza (5.44) ponendo φ o = 0 si ottengono le<br />
relazioni della carta stereografica meri<strong>di</strong>ana; in questo caso il piano<br />
prospettico coincide con un piano meri<strong>di</strong>ano ed il punto <strong>di</strong> vista si trova<br />
sull’equatore e sulla normale al piano:<br />
o<br />
0<br />
0
137<br />
CAPITOLO 5 – LE CARTE DI NAVIGAZIONE<br />
cosφ<br />
sen Δλ<br />
⎡x<br />
2 ⎤<br />
⎢ ⎥ 1+<br />
cosφ<br />
cosΔλ<br />
a = =<br />
(5.49)<br />
⎢ ⎥ senφ<br />
⎢⎣<br />
y2<br />
⎥⎦<br />
1+<br />
cosφ<br />
cosΔλ<br />
Figura 5.15 –Carta stereografica meri<strong>di</strong>ana<br />
Dalle relazioni (5.49) si ricavano, come fatto nel precedente paragrafo,<br />
le equazioni dei meri<strong>di</strong>ani e dei paralleli: prima si separano le relazioni:<br />
ysinΔλ<br />
x<br />
sin φ = , cosφ<br />
=<br />
(5.50)<br />
sinΔλ<br />
- xcosΔλ<br />
sinΔλ<br />
- xcosΔλ<br />
x<br />
sinφ<br />
- y<br />
sin Δλ = tanφ<br />
, cosΔλ<br />
=<br />
(5.51)<br />
y<br />
ycosφ<br />
e poi quadrando e sommando si ottengono le seguenti equazioni:<br />
x<br />
2<br />
x<br />
2<br />
2<br />
+ y + 2x<br />
cot Δ λ = 1<br />
(5.52)<br />
2<br />
+ y - 2y<br />
cos ecφ<br />
= -1<br />
(5.53)<br />
La prima rappresenta l’equazione dei meri<strong>di</strong>ani, la seconda l’equazione<br />
dei paralleli; entrambe le equazioni rappresentano delle circonferenze<br />
(figura 5.15).
5.4.3 – Carta stereografica equatoriale<br />
138<br />
MARIO VULTAGGIO<br />
π<br />
Nelle (5.44) ponendo φ o = si ricavano le relazioni <strong>di</strong> corrispondenza<br />
2<br />
della carta stereografica equatoriale essendo Δd = 0 e d = R = 1:<br />
cosφsenΔλ<br />
⎡x<br />
2 ⎤ 1+<br />
senφ<br />
a = ⎢ =<br />
y<br />
⎥<br />
(5.54)<br />
⎣ ⎦<br />
cosφcosΔλ<br />
2<br />
1+<br />
senφ<br />
Si ricavano, facilmente, dalle (5.54) le seguenti equazioni dei paralleli e<br />
dei meri<strong>di</strong>ani:<br />
Figura 5.16 – Stereografica equatoriale<br />
x<br />
2<br />
2 cosφ<br />
2<br />
+ y = ( )<br />
(5.55)<br />
1 + sinφ
y<br />
x<br />
139<br />
CAPITOLO 5 – LE CARTE DI NAVIGAZIONE<br />
= - cot Δλ<br />
(5.56)<br />
per cui i paralleli sono delle circonferenze concentriche ed i meri<strong>di</strong>ani<br />
rette passante tutte per l’origine (figura 5.16).<br />
In particolare se si moltiplicano per 2 le (5.54) si ottengono le relazioni<br />
<strong>di</strong> corrispondenza della carta stereografica polare essendo Δd = 1 e<br />
d = R = 1.<br />
5.5 – <strong>Le</strong> <strong>carte</strong> gnomoniche o centrografiche<br />
Quando il punto <strong>di</strong> vista coincide con il centro della Terra si ottengono<br />
le <strong>carte</strong> gnomoniche; si <strong>di</strong>vidono in: centrografica orizzontale,<br />
equatoriale e polare.<br />
5.5.1 – Carta centrografica orizzontale o carta gnomonica<br />
orizzontale<br />
<strong>Le</strong> <strong>carte</strong> centrografiche si ottengono quando il punto <strong>di</strong> vista O è<br />
al centro della sfera rappresentativa e il piano <strong>di</strong> proiezione tangente in<br />
punto della sfera. Queste con<strong>di</strong>zioni si ottengono ponendo nelle (5.33),<br />
d = 0 e Δd<br />
= R = 1.<br />
La centrografica orizzontale si ha quando il punto <strong>di</strong> tangenza del piano<br />
non coincide con il polo ne sta sull’equatore. Con le con<strong>di</strong>zione poste si<br />
hanno le seguenti relazioni <strong>di</strong> corrispondenza:<br />
⎡ cosφ<br />
senΔλ<br />
⎤<br />
⎡x<br />
⎢<br />
⎥<br />
3 ⎤ senφosenφ<br />
+ cosφo<br />
cosφ<br />
cosΔλ<br />
a = ⎢ ⎥ = ⎢<br />
⎥<br />
(5.57)<br />
⎣y<br />
⎦ ⎢ senφ<br />
cosφ<br />
− cosφ<br />
φ cosΔλ<br />
3<br />
o sen o ⎥<br />
⎢⎣<br />
senφ<br />
φ + cosφ<br />
cosφ<br />
cosΔλ<br />
⎥<br />
osen<br />
o<br />
⎦<br />
<strong>Le</strong> relazioni (5.57) permettono <strong>di</strong> ricavare le equazioni dei meri<strong>di</strong>ani e<br />
dei paralleli.<br />
Per ottenere l’equazione dei meri<strong>di</strong>ani basta <strong>di</strong>videre sia la prima che la<br />
seconda per cosϕ, ricavare il termine tanϕ per entrambe le relazioni ed<br />
uguagliare le due relazioni ottenute; dopo aver effettuato queste<br />
operazioni si trova la seguente equazione dei meri<strong>di</strong>ani:
0 cot Δλ<br />
) x φ0<br />
140<br />
MARIO VULTAGGIO<br />
y = (cos ecφ<br />
+ cot<br />
(5.58)<br />
essa rappresenta nel piano l’equazione <strong>di</strong> una retta <strong>di</strong> coefficiente<br />
angolare:<br />
tanα = - cos ecφ0<br />
cot Δλ<br />
(5.59)<br />
relazione giustificata dal fatto che i piani che contengono i meri<strong>di</strong>ani si<br />
intersecano con il piano prospettico e generano delle rette. Particolare<br />
importante è il valore dell’intercetto delle rette sull’asse delle y che è<br />
costante per cui tutti i meri<strong>di</strong>ani passano per il punto Pn <strong>di</strong> or<strong>di</strong>nata<br />
y 0 = cotφ<br />
0 (v. figura 5.17) che rappresenta il polo omonimo <strong>di</strong> φ 0 .<br />
Figura 5.17 – Centrografica orizzontale<br />
L’equazione dei paralleli si ottiene calcolando cosΔλ dalla seconda e<br />
sostituendo la sua espressione nella prima delle relazioni <strong>di</strong><br />
corrispondenza. Dopo aver operato la razionalizzazione della<br />
espressione così sviluppata si ottiene la seguente equazione geometrica:
2<br />
2<br />
+ (cos φ - cos φ ) = 0<br />
141<br />
CAPITOLO 5 – LE CARTE DI NAVIGAZIONE<br />
2 2 2 2 2<br />
(cos φ - sin φ ) y - (sin φ ) x + 2(sinφ<br />
cosφ<br />
) y +<br />
0<br />
0<br />
0<br />
0<br />
(5.60)<br />
che rappresenta l’equazione <strong>di</strong> una conica; si può facilmente <strong>di</strong>mostrare<br />
che i paralleli sono rappresentati da ellissi, parabola ed iperboli<br />
classificando la conica con il minore <strong>di</strong> a33.<br />
Dal minore si ricava che la conica è un’ ellisse se la collatitu<strong>di</strong>ne (c) del<br />
parallelo considerato è minore della latitu<strong>di</strong>ne dal punto <strong>di</strong> tangenza<br />
(φ0); quando (c) è uguale a φ0 il parallelo è rappresentato da una<br />
parabola; infine quando la collatitu<strong>di</strong>ne (c) è maggiore <strong>di</strong> φ0 la<br />
trasformata del parallelo è rappresentata da un iperbole.<br />
5.5.2 – Carta centrografica polare<br />
π<br />
Quando si pone nelle equazioni (5.57) φ o = si ricavano le relazioni<br />
2<br />
della gnomonica o centrografica polare:<br />
cosφ<br />
− senΔλ<br />
⎡x3<br />
⎤ senφ<br />
a = ⎢ ⎥ =<br />
(5.61)<br />
⎢y<br />
cosφ<br />
− cosΔλ<br />
⎣ 3 ⎥⎦<br />
senφ<br />
Dalle (5.61) è semplice calcolare le seguenti equazioni dei meri<strong>di</strong>ani e<br />
dei paralleli:<br />
x<br />
2<br />
2<br />
+ y = cotφ<br />
(5.62)<br />
y = x cot Δλ<br />
(5.63)<br />
per cui, i paralleli sono rappresentati da circonferenze concentriche ed i<br />
meri<strong>di</strong>ani da rette passanti tutte dal centro del sistema <strong>di</strong> riferimento<br />
centrato nel polo <strong>di</strong> tangenza (v. figura 5.18).
Figura 5.18 – Carta centrografica polare<br />
142<br />
MARIO VULTAGGIO<br />
5.5.3 – Carta centrografica meri<strong>di</strong>ana – Carta <strong>di</strong> Hilleret<br />
Quando nelle (5.57) si pone φ o = 0 si ottengono le relazioni <strong>di</strong><br />
corrispondenza della carta gnomonica o centrografica meri<strong>di</strong>ana o<br />
equatoriale:<br />
cosφ<br />
sen Δλ<br />
⎡x<br />
3 ⎤ cosφcosΔλ<br />
⎡ tan Δλ ⎤<br />
a = ⎢ ⎥ =<br />
= ⎢ ⎥ (5.64)<br />
⎣ y3<br />
⎦<br />
senφ<br />
⎣tan<br />
φ sec Δλ⎦<br />
cosφcosΔλ<br />
Dalle (5.64) si ricavano le equazioni dei meri<strong>di</strong>ani e dei paralleli. I<br />
meri<strong>di</strong>ani sono rappresentati da linee rette parallele all’asse delle y <strong>di</strong><br />
equazione:<br />
I paralleli da iperboli <strong>di</strong> equazione:<br />
x = tanΔ<br />
λ<br />
(5.65)
y 2<br />
143<br />
CAPITOLO 5 – LE CARTE DI NAVIGAZIONE<br />
2 - x = 1<br />
(5.66)<br />
tan φ<br />
Figura 5.19 – Carta centrografica meri<strong>di</strong>ana – Carta <strong>di</strong> Hilleret<br />
(Carta gnomonica equatoriale)<br />
La figura 5.19 rappresenta la carta <strong>di</strong> Hilleret.<br />
5.5.4 –Piano nautico<br />
Il piano nautico è una proiezione gnomonica orizzontale interessante<br />
un piccolo intorno del punto <strong>di</strong> tangenza, generalmente compreso entro<br />
un raggio <strong>di</strong> 60 mg. A questa <strong>di</strong>stanza è facile notare che il piano <strong>di</strong><br />
proiezione si <strong>di</strong>scosta <strong>di</strong> poco più <strong>di</strong> mezzo miglio dalla superficie<br />
terrestre considerata sferica; da qui la loro quasi completa aderenza, con<br />
la pratica conseguenza <strong>di</strong> rappresentare inalterati angoli e <strong>di</strong>stanze. Ben<br />
si comprende che il piano nautico è utile per rappresentare con elevata
144<br />
MARIO VULTAGGIO<br />
precisione zone poco estese in latitu<strong>di</strong>ne e longitu<strong>di</strong>ne, quali porti, rade,<br />
ecc., per i quali spesso alla Terra sferica viene sostituita quella<br />
ellissoi<strong>di</strong>ca.<br />
Nel caso sferico le relazioni <strong>di</strong> corrispondenza sono date dalle<br />
relazioni precedentemente trovate (5.57) e qui <strong>di</strong> seguito riportate:<br />
o<br />
o<br />
( λ − λ )<br />
cosφ<br />
sin o<br />
x =<br />
sinφ<br />
sinφ<br />
+ cosφ<br />
cosφ<br />
cos<br />
sinφ<br />
cosφ<br />
o − cosφ<br />
sinφo<br />
cos<br />
y =<br />
sinφ<br />
sinφ<br />
+ cosφ<br />
cosφ<br />
cos<br />
o<br />
o<br />
( λ − λo<br />
)<br />
( λ − λo<br />
)<br />
( λ − λ )<br />
che si ricavano dalla teoria generale delle <strong>carte</strong> prospettiche<br />
relativamente alle <strong>carte</strong> centrografiche e raggio della sfera obiettiva<br />
unitario.<br />
Ponendo:<br />
φ φ + Δφ<br />
, λ = λ + Δλ<br />
(5.67)<br />
= o<br />
o<br />
sviluppando in serie <strong>di</strong> Taylor le relazioni <strong>di</strong> corrispondenza testé<br />
accennate <strong>di</strong>ventano con arresto ai termini <strong>di</strong> terzo or<strong>di</strong>ne in Δ φ e Δλ<br />
:<br />
3<br />
Δλ<br />
x = Δλ<br />
cosφo<br />
− ΔφΔλ<br />
sinφo<br />
−<br />
6<br />
2<br />
Δλ<br />
Δφ<br />
y = Δφ<br />
+ sinφo<br />
cosφo<br />
+<br />
2<br />
6<br />
2 ( 1 − 3sin<br />
φ )<br />
o<br />
2 2 2 2<br />
( 2Δφ<br />
+ 3Δλ<br />
− 6Δλ<br />
sin φ )<br />
o<br />
cosφ<br />
o<br />
o<br />
(5.68)<br />
in cui le coor<strong>di</strong>nate x ed y sono espresse in ra<strong>di</strong>anti.<br />
I termini del secondo e terzo or<strong>di</strong>ne in Δ φ e Δλ<br />
sono estremamente<br />
piccoli entro un raggio <strong>di</strong> 60 mg dal punto <strong>di</strong> tangenza, per cui le<br />
relazioni (5.68) si semplificano in:<br />
x = Δ λ cosφo<br />
, y = Δϕ<br />
(5.69)<br />
dove x ed y sono espresse nella stessa unità <strong>di</strong> misura Δ φ e Δλ<br />
(in<br />
primi <strong>di</strong> circonferenza massima); così viene considerato piano l' intorno<br />
del punto <strong>di</strong> tangenza. <strong>Le</strong> (5.69), volendo tener conto del raggio della<br />
sfera terrestre obiettiva, <strong>di</strong>ventano:<br />
x = R λ cosφ<br />
, y = R Δϕ<br />
(5.70)<br />
1Δ<br />
o<br />
1
145<br />
CAPITOLO 5 – LE CARTE DI NAVIGAZIONE<br />
con Δ φ e Δλ<br />
espresse in ra<strong>di</strong>anti, x ed y nella stessa unità <strong>di</strong> misura <strong>di</strong><br />
R1. Nella prima relazione delle (5.70) il prodotto R 1 cosφ<br />
rappresenta il<br />
raggio del parallelo del punto <strong>di</strong> tangenza. Nel caso della Terra<br />
ellissoi<strong>di</strong>ca le (5.70) <strong>di</strong>ventano:<br />
con o e o<br />
x = r λ , y = ρ Δφ<br />
(5.71)<br />
oΔ<br />
o<br />
r ρ rispettivamente il raggio del parallelo del punto <strong>di</strong> tangenza<br />
e quello <strong>di</strong> curvatura del meri<strong>di</strong>ano, relativo anch'esso al punto <strong>di</strong><br />
tangenza; sostituendo le espressioni <strong>di</strong> r o e ρ o le relazioni (5.71)<br />
<strong>di</strong>ventano:<br />
2<br />
a(<br />
1 - e )<br />
2 2 ( 1 − e sin φ )<br />
acosφo<br />
x = Δλ<br />
, y =<br />
Δφ<br />
(5.72)<br />
2 2<br />
3<br />
1 − e sin φ<br />
Sviluppando in serie binomiale le relazioni:<br />
o<br />
1<br />
2 2 −<br />
2 2<br />
( 1 − e sin φ ) 2 e ( 1 − e sin φ )<br />
o<br />
o<br />
3<br />
−<br />
2<br />
o<br />
ed arrestandosi al termine <strong>di</strong> secondo or<strong>di</strong>ne in e, le (5.72) si<br />
semplificano in:<br />
2 ⎛ e 2 ⎞<br />
x = acosφo<br />
⎜<br />
⎜1<br />
+ sin φo<br />
⎟<br />
⎟Δλ<br />
⎝ 2 ⎠<br />
(5.73)<br />
2<br />
⎛ 2 3e<br />
2 ⎞<br />
y = a ⎜<br />
⎜1<br />
− e + sin φo<br />
⎟<br />
⎟Δφ<br />
⎝ 2 ⎠<br />
<strong>Le</strong> (5.73) rappresentano le relazioni <strong>di</strong> corrispondenza del piano nautico<br />
per la terra ellissoi<strong>di</strong>ca.<br />
5.6 - Scenografica cilindrica<br />
<strong>Le</strong> <strong>carte</strong> scenografiche cilindriche sono delle <strong>carte</strong> <strong>di</strong> sviluppo; i punti<br />
della sfera rappresentativa sono proiettati su un cilindro tangente alla<br />
sfera. Tra le varie possibilità si considerano, in particolare, la<br />
scenografica equatoriale e la centrografica cilindrica equatoriale e<br />
quella transversa. Nelle applicazioni nautiche si utilizza la centrografica<br />
cilindrica dato che essa è simile alla carta <strong>di</strong> Mercatore facendo parte
146<br />
MARIO VULTAGGIO<br />
della famiglia delle <strong>carte</strong> cilindriche in generale. La centrografica<br />
transversa è utilizzata ai fini cartografici ed è nota come<br />
rappresentazione UTM stu<strong>di</strong>ata quest’ultima in topografia. La<br />
scenografica cilindrica non trova applicazione e pertanto non è stu<strong>di</strong>ata<br />
in questo capitolo.<br />
5.6.1 – Centrografica cilindrica<br />
La carta cilindrica equatoriale si ottiene considerando il punto <strong>di</strong><br />
vista coincidente con il centro della sfera rappresentativa C ed il<br />
cilindro tangente all’equatore (v. figura 5.20). <strong>Le</strong> relazioni <strong>di</strong><br />
corrispondenza si ottengono facilmente da quelle della scenografica<br />
cilindrica ponendo d=0:<br />
x = Δλ<br />
, y = tanφ<br />
(5.74)<br />
Sia i meri<strong>di</strong>ani che i paralleli sono rappresentati da rette parallele agli<br />
assi e perpen<strong>di</strong>colari tra loro.<br />
Figura 5.20 – Proiezione cilindrica
5.7 - Carteggio<br />
147<br />
CAPITOLO 5 – LE CARTE DI NAVIGAZIONE<br />
Delle rappresentazioni esposte nei paragrafi precedenti sono state<br />
trattate in modo particolare le relazioni <strong>di</strong> corrispondenza, tanto utili per<br />
la loro costruzione: tracciamento dei meri<strong>di</strong>ani e dei paralleli, che nel<br />
loro insieme costituiscono il reticolato o canovaccio e posizionamento<br />
su <strong>di</strong> esse <strong>di</strong> punti noti della superficie terrestre. Si è parlato anche delle<br />
rispettive proprietà, ma nulla è stato detto circa il loro utilizzo, le cui<br />
operazioni vanno sotto il nome <strong>di</strong> <strong>carte</strong>ggio; per questo occorrono un<br />
compasso (a punte fisse) e due squadrette rapportatore che<br />
sostituiscono il semplice rapportatore e le vecchie parallele (a rullo od<br />
a snodo).<br />
Figura 5.21 – Carta cilindrica equatoriale<br />
È necessario conoscere bene il simbolismo della carta che si utilizza,<br />
a volte parzialmente riportato in un angolo della carta stessa; una<br />
pubblicazione a riguardo è fornita dagli Enti E<strong>di</strong>tori <strong>di</strong> <strong>carte</strong> <strong>di</strong><br />
<strong>navigazione</strong>.<br />
Molte sono le notizie riportate da una carta (specialmente <strong>di</strong><br />
Mercatore ed a grande scala):profon<strong>di</strong>tà, natura del fondo, segnali
148<br />
MARIO VULTAGGIO<br />
(luminosi o non), stazioni ra<strong>di</strong>o, secche, rotte consigliate, allineamenti<br />
<strong>di</strong> sicurezza, zone <strong>di</strong> ancoraggio e <strong>di</strong> Quarantena, declinazione<br />
magnetica,dati <strong>di</strong> marea, <strong>di</strong> correnti, vortici, ecc. Sono in<strong>di</strong>cate anche la<br />
scala lineare, le fonti utilizzate, le unità <strong>di</strong> misura adoperate, la data dei<br />
rilievi effettuati e quella relativa all' ultimo suo aggiornamento che in<br />
genere corrisponde a quella dell'acquisto da parte dell' utente; da quest'<br />
epoca in poi occorre consultare gli avvisi ai naviganti, pubblicazione a<br />
carattere perio<strong>di</strong>co e<strong>di</strong>ta dagli Istituti idrografici o dagli enti e<strong>di</strong>tori <strong>di</strong><br />
pubblicazioni nautiche per l'aggiornamento della propria produzione.<br />
Infine , ogni carta è in<strong>di</strong>viduabile dal titolo e dal numero del catalogo.<br />
Operare sulla carta <strong>di</strong> Mercatore (carta nautica) è oltremodo semplice<br />
a patto <strong>di</strong> ben ricordare le sue proprietà: isogonismo, rettificazione della<br />
lossodromia, misura delle <strong>di</strong>stanze sulla scala delle latitu<strong>di</strong>ni con la<br />
lunghezza del miglio uguale a quella del primo <strong>di</strong> latitu<strong>di</strong>ne, che varia al<br />
variare della latitu<strong>di</strong>ne; inoltre occorre possedere chiare nozioni sulla<br />
lossodromia quale traiettoria seguita dalla nave, sugli angoli <strong>di</strong> prora e<br />
<strong>di</strong> rotta e sui luoghi <strong>di</strong> posizione in <strong>navigazione</strong> costiera. Anche un<br />
neofita del mare non trova <strong>di</strong>fficoltà a rilevare dalla carta le coor<strong>di</strong>nate<br />
<strong>di</strong> un punto o, viceversa, fissare su <strong>di</strong> essa un punto <strong>di</strong> note coor<strong>di</strong>nate,<br />
tracciare per un punto una rotta vera o misurare l' angolo <strong>di</strong> una rotta<br />
segnata sulla carta.<br />
Volendo misurare la <strong>di</strong>stanza tra i punti A e B della carta (il segmento<br />
AB rappresenta l'arco lossodromico passante per essi), si apre il<br />
compasso in modo che le due punte cadano una in A e l' altra in B, lo si<br />
porta poi, così aperto sulla scala delle latitu<strong>di</strong>ni in modo che la cerniera<br />
venga a capitare approssimativamente sul parallelo me<strong>di</strong>o della zona in<br />
cui sono compresi i due punti: il numero <strong>di</strong> primi compresi tra le due<br />
punte rappresenta la <strong>di</strong>stanza desiderata, tanto più precisa quanto più<br />
grande risulta la scala della carta (<strong>carte</strong> particolari: rappresentazioni <strong>di</strong><br />
piccole regioni, con lunghezza pressappoco uguale dei primi <strong>di</strong><br />
latitu<strong>di</strong>ne alle loro varie latitu<strong>di</strong>ni). Se i due punti A e B sono situati<br />
sullo stesso meri<strong>di</strong>ano, la <strong>di</strong>stanza risulta uguale al numero <strong>di</strong> primi <strong>di</strong><br />
latitu<strong>di</strong>ne compresi tra i loro paralleli; se, invece, sono situati sullo<br />
stesso parallelo, l’apertura del compasso va posta sempre sulla scala<br />
delle latitu<strong>di</strong>ni con la cerniera in corrispondenza del loro parallelo.<br />
Nel caso <strong>di</strong> <strong>carte</strong> generali rappresentanti estese regioni della<br />
superficie terrestre, la congiungente i due punti è frazionata in vari<br />
tratti, operando per ognuno nel modo innanzi in<strong>di</strong>cato: la somma delle<br />
<strong>di</strong>stanze parziali dà la <strong>di</strong>stanza lossodromica tra i due punti, tanto più<br />
precisa quanto più grande risulta il frazionamento, non necessario se i<br />
punti sono situati sullo stesso meri<strong>di</strong>ano.
149<br />
CAPITOLO 5 – LE CARTE DI NAVIGAZIONE<br />
Dovendo riportare sulla rotta uscente da un punto una data <strong>di</strong>stanza in<br />
miglia, questa deve essere misurata sulla scala delle latitu<strong>di</strong>ni seguendo<br />
operazioni inverse a quelle testé in<strong>di</strong>cate.<br />
Dopo quanto fin qui accennato risultano imme<strong>di</strong>ate le risoluzioni dei<br />
due principali problemi <strong>di</strong> <strong>navigazione</strong> lossodromica:<br />
1) determinazione delle coor<strong>di</strong>nate del punto <strong>di</strong> arrivo, note quelle<br />
del punto <strong>di</strong> partenza, la rotta vera seguita ed il percorso<br />
effettuato;<br />
2) determinazione della rotta vera da seguire e del percorso da<br />
effettuare, note le coor<strong>di</strong>nate dei punti <strong>di</strong> partenza e <strong>di</strong> arrivo.<br />
Circa il problema 1) la rotta vera viene ricavata dalla correzione dell'<br />
angolo <strong>di</strong> prora bussola (v. capitolo 3), per il percorso occorre<br />
conoscere la velocità che viene fornita dal solcometro; per seguire la<br />
rotta vera ottenuta dalla risoluzione grafica del problema 2) occorre<br />
<strong>di</strong>rigere per un preciso angolo <strong>di</strong> prora bussola ottenuto me<strong>di</strong>ante la<br />
nota formula <strong>di</strong> conversione delle rotte (v. capitolo 3).<br />
Un proce<strong>di</strong>mento grafico dei due problemi, sempre sulla carta <strong>di</strong><br />
Mercatore, del tutto preciso per quanto riguarda le <strong>di</strong>stanze, verrà<br />
trattato nel capitolo riguardante la <strong>navigazione</strong> lossodromica.<br />
I problemi <strong>di</strong> <strong>navigazione</strong> ortodromica, ossia per circonferenza<br />
massima, trovano risoluzione grafica con le proiezioni gnomoniche, il<br />
cui utilizzo è andato scemando in questi ultimi tempi per la presenza<br />
sempre più massiccia a bordo dei calcolatori elettronici, specialmente <strong>di</strong><br />
quelli tascabili e programmabili, che facilitano in modo sorprendente<br />
qualsiasi calcolo analitico <strong>di</strong> <strong>navigazione</strong>. Per questo non sono qui<br />
descritte le varie operazioni <strong>di</strong> <strong>carte</strong>ggio su queste <strong>carte</strong>, invero più<br />
complesse <strong>di</strong> quelle precedentemente descritte per la carta <strong>di</strong> Mercatore,<br />
rimandando il lettore alle istruzioni riportate nelle stesse.<br />
Per quanto riguarda le <strong>carte</strong> gnomoniche generali o orizzontali,<br />
quelle e<strong>di</strong>te dall'Ufficio Idrografico Americano permettono <strong>di</strong> ottenere<br />
con geniali proce<strong>di</strong>menti grafici le rotte e le <strong>di</strong>stanze oltre agli altri<br />
elementi <strong>di</strong> <strong>navigazione</strong> ortodromica; ben sei <strong>di</strong> queste <strong>carte</strong> sono in<br />
commercio, riguardanti rispettivamente l'Oceano Atlantico Nord,<br />
l'Oceano Atlantico Sud, l'Oceano Pacifico Nord, l'Oceano Pacifico Sud,<br />
l'Oceano In<strong>di</strong>ano e l ultima solamente quella parte dell'Oceano Pacifico<br />
Nord relativa alle navigazioni per circonferenza massima tra Panama ed<br />
il Giappone.
150<br />
MARIO VULTAGGIO<br />
Delle <strong>carte</strong> gnomoniche equatoriali o meri<strong>di</strong>ane, le così dette <strong>carte</strong> <strong>di</strong><br />
Hilleret, sono molto note quelle francesi che, come già accennato,<br />
rappresentano i tre oceani su tre <strong>di</strong>stinti fogli.<br />
<strong>Le</strong> <strong>carte</strong> gnomoniche polari (<strong>carte</strong> <strong>di</strong> Gernez) sono pubblicate da vari<br />
stati perché molto utili in <strong>navigazione</strong> aerea (per le navigazioni polari);<br />
fra le più importanti vanno citate quelle tedesche, inglesi ed americane.<br />
La scala dei piani nautici oscilla tra 1/50.000 e 1/5.000, per cui essi<br />
rappresentano, nei minimi particolari, l' intorno del punto <strong>di</strong> tangenza.<br />
I vecchi piani non presentavano ai loro margini, al contrario dei<br />
moderni, le scale <strong>di</strong> latitu<strong>di</strong>ne e <strong>di</strong> longitu<strong>di</strong>ne; su <strong>di</strong> essi erano segnati<br />
solamente il meri<strong>di</strong>ano ed il parallelo del punto <strong>di</strong> tangenza,<br />
generalmente un punto geodetico o trigonometrico.<br />
Operando su uno <strong>di</strong> questi occorre tenere bene in mente le relazioni<br />
<strong>di</strong> corrispondenza date dalle (5.69). Volendo, ad esempio, conoscere le<br />
coor<strong>di</strong>nate geografiche del punto A del piano (v. figura 5.22), si<br />
misurano le sue <strong>di</strong>stanze dagli assi <strong>carte</strong>siani, ascissa x, ed or<strong>di</strong>nata y,<br />
che permettono <strong>di</strong> ottenere, la prima la <strong>di</strong>fferenza <strong>di</strong> longitu<strong>di</strong>ne e la<br />
seconda quella <strong>di</strong> latitu<strong>di</strong>ne tra il punto <strong>di</strong> tangenza O ed il punto A.<br />
y<br />
A 1<br />
A =( δφ, μ)<br />
A 1A<br />
= μ<br />
OA 2=<br />
Δλ<br />
AA 2=<br />
Δφ<br />
O ( φ0, λ0) A2<br />
x<br />
O<br />
0’<br />
Longitu<strong>di</strong>ne (p rimi)<br />
A2<br />
φ0 A<br />
1<br />
A<br />
3<br />
2’ 4’ 6’ 8’ 10 ’ 12’<br />
Latitu<strong>di</strong>ne, app artamento e <strong>di</strong>stanza<br />
0’ 2’ 4’ 6’ 8’ 10 ’ 12 ’ t<br />
Figura 5.22 – Piano nautico e triangolo del parallelo me<strong>di</strong>o<br />
Infatti per le (5.69) si ha Δ λ = x secφo<br />
e Δφ<br />
= y con φ o la latitu<strong>di</strong>ne del<br />
punto <strong>di</strong> tangenza. Per la trasformazione delle due coor<strong>di</strong>nate <strong>carte</strong>siane<br />
in Δ φ e Δλ<br />
.si opera sul grafico <strong>di</strong> figura 5.22, riportato in un angolo<br />
del piano. Sulla semiretta Ot è segnata una scala in primi <strong>di</strong> equatore<br />
sulla quale vanno lette le longitu<strong>di</strong>ni; sulla scala orizzontale (segmento<br />
Os) vanno lette le <strong>di</strong>fferenze <strong>di</strong> latitu<strong>di</strong>ne e le <strong>di</strong>stanze; la semiretta Ot è<br />
inclinata rispetto alla Os dell' angolo φ o .<br />
s
151<br />
CAPITOLO 5 – LE CARTE DI NAVIGAZIONE<br />
Rappresenti OA1 sulla semiretta orizzontale l' ascissa x misurata; da A1<br />
si abbassa la perpen<strong>di</strong>colare alla Os che incontra la semiretta Ot nel<br />
punto A2, si riporta, poi, il segmento AA2 su Os a partire da O: il<br />
segmento OA2 rappresenta la <strong>di</strong>fferenza <strong>di</strong> longitu<strong>di</strong>ne, positiva se il<br />
punto A è ad E del meri<strong>di</strong>ano passante per il punto O, negativa se ad W<br />
(giustificazione per quanto operato):<br />
= secφ e quin<strong>di</strong> Δλ<br />
= xsecφ<br />
OA2 OA1<br />
o<br />
Riportata l’or<strong>di</strong>nata y su Os si ottiene subito la <strong>di</strong>fferenza <strong>di</strong> latitu<strong>di</strong>ne<br />
(OA3), positiva se il punto A è a N del parallelo passante per il punto O,<br />
negativa se a S. <strong>Le</strong> coor<strong>di</strong>nate geografiche <strong>di</strong> A sono:<br />
φ φ + Δφ<br />
, λ = λ + Δλ<br />
A = o<br />
A o<br />
A seguito <strong>di</strong> quanto testé descritto riescono ovvie le operazioni da<br />
seguire per fissare sul piano un punto <strong>di</strong> note coor<strong>di</strong>nate. Per le <strong>di</strong>stanze<br />
sui piani, oltre alla scala in miglia, non mancano altre scale, in km o in<br />
un’altra unità <strong>di</strong> misura.<br />
La congiungente due punti del piano nautico rappresenta l'arco <strong>di</strong><br />
circonferenza massima passante per essi se il piano è stato costruito con<br />
riferimento alla terra sferica, oppure 1 arco <strong>di</strong> geodetica se costruita con<br />
riferimento alla terra ellissoi<strong>di</strong>ca; in entrambi i casi questa congiungente<br />
si confonde con l’arco <strong>di</strong> lossodromia passante per i due punti.<br />
La rappresentazione conforme <strong>di</strong> Gauss-Boaga è impiegata per la<br />
realizzazione dei fogli (scala 1/100.000) e delle tavolette (scala<br />
1/25.000) della cartografia ufficiale italiana, pubblicata dal Istituto<br />
Geografico Militare.<br />
Sulla cornice sono riportate sia le coor<strong>di</strong>nate piane N e E (reticolato<br />
'<br />
chilometrico) che le coor<strong>di</strong>nate geografiche φ e λ quest’ultima riferita<br />
al meri<strong>di</strong>ano <strong>di</strong> Monte Mario (<br />
'<br />
λ = 12°27'08.4’’E).<br />
Il taglio dei fogli è eseguito secondo le trasformate dei meri<strong>di</strong>ani e dei<br />
paralleli, pertanto a bordo carta sono specificati i valori dei vertici in<br />
coor<strong>di</strong>nate N e E (sistema nazionale). Sulla stessa carta è comunque<br />
riportato il reticolato relativo al sistema UTM-ED50.<br />
E’ semplice ed imme<strong>di</strong>ato il <strong>carte</strong>ggio; inoltre la carta, per<br />
costruzione, consente l’assorbimento della deformazione lineare entro l’<br />
errore <strong>di</strong> graficismo. L'unica correzione da apportare riguarda la<br />
convergenza dei meri<strong>di</strong>ani il cui valore, precalcolato, è generalmente<br />
riportato tra le in<strong>di</strong>cazioni fornite dalla carta.<br />
o
5.8- Documenti nautici<br />
152<br />
MARIO VULTAGGIO<br />
Sono qui citati solamente quei documenti, libri <strong>carte</strong> che contengono<br />
informazioni utili alla <strong>navigazione</strong>. Oltre agli avvisi ai naviganti, <strong>di</strong> cui<br />
al paragrafo precedente, i più importarti documenti sono quelli che<br />
trattano dei fari, dei fanali, dei segnali da nebbia, delle ra<strong>di</strong>oassistenze<br />
ed ancora quelli che descrivono la costa dando informazioni sulle varie<br />
località <strong>di</strong> approdo ed infine quelli che forniscono notizie<br />
meteorologiche , oceanografiche e magnetiche; tutti questi documenti,<br />
comprese le <strong>carte</strong> <strong>di</strong> <strong>navigazione</strong>, costituiscono l' idrografia <strong>di</strong> bordo.<br />
Circa il segnalamento luminoso e quello da nebbia sono a<br />
<strong>di</strong>sposizione del navigante varie pubblicazioni tra le quali:<br />
• Elenco dei fari, fanali e segnali da nebbia; volume unico, e<strong>di</strong>to<br />
dall’Istituto Idrografico Italiano;<br />
• The Admiralty list of lights, fog ;signals and visual time signal;<br />
vari volumi, e<strong>di</strong>ti dall’Ammiragliato Inglese;<br />
• The list of lights; vari volumi, e<strong>di</strong>ti dall’Ufficio Idrografico<br />
Americano;<br />
• Livres des phares et segnaux de bruI!le des mers du globe;<br />
• vari volumi, e<strong>di</strong>ti dal Servizio Idrografico Francese.<br />
I fari, situati in punti ben visibili, hanno lo scopo <strong>di</strong> -permettere <strong>di</strong><br />
notte l’in<strong>di</strong>viduazione della costa ed i luoghi <strong>di</strong> atterraggio; il modo <strong>di</strong><br />
emanazione della luce costituisce la loro caratteristica luminosa e<br />
l’intervallo <strong>di</strong> tempo in cui essa si sviluppa <strong>di</strong>cesi periodo: parametri,<br />
questi,necessari per il riconoscimento. Importanti anche le loro portate,<br />
luminosa e geografica la prima in<strong>di</strong>ca la <strong>di</strong>stanza massima alla quale<br />
può essere scorta la luce da un occhio normale in assenza <strong>di</strong> corpo<br />
opaco tra l'occhio e la sorgente luminosa, <strong>di</strong>stanza che è funzione<br />
dell'intensità della luce e della trasparenza dell'atmosfera; la seconda, la<br />
portata geografica, dà la <strong>di</strong>stanza dal faro quando questo appare<br />
all’orizzonte marino (od apparente), espressa dalla relazione (ve<strong>di</strong><br />
capitolo 3):<br />
( e h )<br />
d = 2.<br />
04 +<br />
con d la <strong>di</strong>stanza espressa in miglia, e con e ed h rispettivamente<br />
l’elevazione dell’occhio dell’osservatore e l’altezza del faro dal livello<br />
me<strong>di</strong>o del mare espresse in metri (nelle pubblicazioni italiane ed inglesi
153<br />
CAPITOLO 5 – LE CARTE DI NAVIGAZIONE<br />
viene fornita la portata geografica per un. elevazione dell’occhio <strong>di</strong><br />
metri 5).<br />
Meno importanti dei fari sono i fanali, utilizzati per l'ingresso nei<br />
porti, nei fiumi, nei canali navigabili, per in<strong>di</strong>care testate <strong>di</strong> moli, ecc.<br />
Da ricordare anche i battelli fanale (light vessels) e le boe luminose<br />
per segnalare pericoli; i primi ancorati o non al largo della costa, le<br />
seconde, quasi sempre a luce intermittente, ancorate o fisse al fondo in<br />
prossimità della costa.<br />
I segnali acustici da nebbia possono essere: aerei e subacquei; i primi<br />
si <strong>di</strong>vidono in: segnali a vapore o ad aria compressa (ve<strong>di</strong> sirena,<br />
<strong>di</strong>aphone, corno a linguetta, fischio), a detonazione, campane e<br />
nautofoni, consistenti questi ultimi in una membrana metallica messa in<br />
vibrazione da una elettrocalamita; i secon<strong>di</strong>, quelli subacquei, sono<br />
generati da una stazione trasmittente,generalmente un oscillatore <strong>di</strong> tipo<br />
elettromagnetico, che richiede sulle navi installazioni <strong>di</strong> adatti ricevitori.<br />
I segnali acustici aerei possono essere sistemati anche su boe; si cita<br />
ad esempio la boa a campana (bell buoy); il movimento del martelletto è<br />
generalmente prodotto dal movimento delle onde. Poca fiducia va posta<br />
sull'in<strong>di</strong>cazione <strong>di</strong> <strong>di</strong>rezione dei segnali acustici aerei da nebbia,<br />
seguendo l' onda sonora una traiettoria sinuosa; non così nell' acqua,<br />
dove il suono si propaga uniformemente in tutte le <strong>di</strong>rezioni con<br />
velocità ben superiore <strong>di</strong> quella relativa all’aria ed a <strong>di</strong>stanze maggiori.<br />
Tra le pubblicazioni riguardanti la ra<strong>di</strong>oassistenza alla <strong>navigazione</strong><br />
marittima vanno citate le seguenti:<br />
• Ra<strong>di</strong>o servizi per la <strong>navigazione</strong> in due volumi. e<strong>di</strong>ti dallo<br />
Istituto Idrografico Italiano;<br />
• Ra<strong>di</strong>o aids to navigation in due volumi. e<strong>di</strong>ti dall’Ufficio<br />
Idrografico Americano; The Admiralty list of ra<strong>di</strong>o signals in<br />
quattro volumi, e<strong>di</strong>ti dall’Ammiragliato Inglese;<br />
• Ra<strong>di</strong>osignaux à l’usage des navigateurs del Servizio Idrografico<br />
Francese.<br />
In questi testi sono elencate le stazioni ra<strong>di</strong>ogoniometri che, i ra<strong>di</strong>ofari<br />
(compresi quelli dell'aviazione), le stazioni R.T. emittenti segnali orari o<br />
informazioni meteorologiche stazioni R.T. <strong>di</strong> appoggio per il servizio<br />
me<strong>di</strong>co, ecc; per ogni tipo <strong>di</strong> ra<strong>di</strong>oassistenza sono riportate le<br />
caratteristiche e le relative norme <strong>di</strong> utilizzazione.<br />
Molto utile al navigante è il portolano, pubblicazione, che contiene<br />
utilissime informazioni relative ad un dato tratto <strong>di</strong> costa. Nei suoi<br />
preliminari è fatta una descrizione sommaria della règione, del clima,
154<br />
MARIO VULTAGGIO<br />
dei venti e delle correnti predominanti, del regolamento marittimo in<br />
vigore, della giuris<strong>di</strong>zione delle autorità marittime, ecc. Segue poi la<br />
descrizione minuziosa della costa, corredata spesso da schizzi e<br />
fotografie, delle rade, dei porti, degli ancoraggi, ecc. Per i porti sono<br />
date le più <strong>di</strong>sparate informazioni, dal tipo dei cantieri e delle officine <strong>di</strong><br />
riparazione, dal numero <strong>di</strong> <strong>di</strong>stributori <strong>di</strong> carburante al numero dei letti<br />
degli ospedali, delle banche, ecc.<br />
I portolani del nostro Istituto Idrografico trattano solamente il mare<br />
Me<strong>di</strong>terraneo e del Mar Nero, al contrario quelli e<strong>di</strong>ti dagli altri tre Enti<br />
menzionati, che prendono in considerazione tutti i mari navigabili della<br />
Terra; più <strong>di</strong> 70 sono quelli pubblicati dall' Ammiragliato Inglese, nei<br />
quali la descrizione della costa e dei pericoli è molto particolareggiata,<br />
tanto da poter navigare anche senza possedere la carta nautica della<br />
regione.<br />
I primi portolani furono <strong>di</strong> proprietà <strong>di</strong> singoli navigatori, (fenici?,<br />
greci?, sicuramente appartenenti a popolazioni me<strong>di</strong>terranee): dei<br />
semplici brogliacci <strong>di</strong> appunti <strong>di</strong> <strong>navigazione</strong> che il pilota prendeva per<br />
uso personale, corredandoli anche <strong>di</strong> qualche schizzo rappresentante il<br />
profilo della costa. Passando dall'uno all'altro, essi <strong>di</strong>vennero dei<br />
condensati <strong>di</strong> tutta l' esperienza accumulata in fatto <strong>di</strong> cabotaggio e non<br />
mancò l'idea alla fine del '200 <strong>di</strong> riunirli tutti in un unico libro, il<br />
Compasso da navigare, che contemplava tutto il bacino del<br />
Me<strong>di</strong>terraneo ed il Mar Nero. Conteneva questo testo, autentico<br />
portolano secondo quelli ora in uso, dettagliate descrizioni della costa,<br />
dei promontori e capi con <strong>di</strong>stanze tra questi, istruzioni per l' ingresso<br />
nei porti, informazioni <strong>di</strong> profon<strong>di</strong>tà, <strong>di</strong> pericoli, ecc, ed infine consigli<br />
per, rotte relative a percorsi in mare aperto.<br />
Solo più tar<strong>di</strong>, sotto la denominazione <strong>di</strong> routiers (libri delle rotte)<br />
comparvero i primi portolani nel nord Europa; il più antico, tra quelli<br />
conservati in Inghilterra, risale agli inizi del quattrocento e tratta delle<br />
rotte per la <strong>navigazione</strong> lungo le coste britanniche, per la traversata<br />
della Manica fino allo stretto <strong>di</strong> Gibilterra.<br />
Tra i principali documenti che danno notizie meteorologiche ed<br />
oceanografiche sono da citare le così dette <strong>carte</strong> piloto (pilot charts),<br />
pubblicate dall' Ufficio Idrografico degli Stati Uniti, mensilmente quelle<br />
del Nord Atlantico, del Nord Pacifico, dei Mari Centrali Americani e<br />
dell'Oceano In<strong>di</strong>ano, ogni tre mesi quelle del Sud Atlantico e Sud<br />
Pacifico. Queste <strong>carte</strong> contengono una messe <strong>di</strong> dati veramente<br />
importante: le linee <strong>di</strong> uguale declinazione magnetica (linee isogone) e<br />
quelle <strong>di</strong> uguale sua variazione annua; la <strong>di</strong>rezione e la velocità delle
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CAPITOLO 5 – LE CARTE DI NAVIGAZIONE<br />
correnti; il percorso dei cicloni che nel mese corrispondente alla carta si<br />
sono verificati durante gli ultimi venti anni:<br />
• il limite della zona degli alisei;<br />
• i relitti alla deriva;<br />
• i ghiacci galleggianti;<br />
• le linee <strong>di</strong> uguale percentuale dei giorni <strong>di</strong> nebbia;<br />
• le rotte consigliate;<br />
• le isoterme e le isobare relative ai valori me<strong>di</strong> mensili;<br />
• le in<strong>di</strong>cazioni dei venti . In ciascuna zona ampia 5° in latitu<strong>di</strong>ne e<br />
longitu<strong>di</strong>ne è <strong>di</strong>segnata una specie <strong>di</strong> rosa dei venti che in<strong>di</strong>ca<br />
graficamente la <strong>di</strong>rezione, l’intensità e la frequenza percentuale<br />
dei venti durante il mese e la percentuale dei giorni <strong>di</strong> calma o <strong>di</strong><br />
venti deboli e <strong>di</strong> quelli <strong>di</strong> tempesta;<br />
• informazioni sulle stazioni ra<strong>di</strong>o telegrafiche e ra<strong>di</strong>o<br />
goniometriche;<br />
• informazioni <strong>di</strong> tempesta.<br />
Sul rovescio <strong>di</strong> ogni carta, <strong>di</strong> tipo mercatoriano, sono riportati argomenti<br />
<strong>di</strong> <strong>navigazione</strong>, <strong>di</strong> tecnica e manovra navale,<strong>di</strong> meteorologia ed<br />
oceanografia, ed ancora resoconti su particolari avvenimenti nautici; il<br />
tutto, opportunamente raggruppato, formerebbe un ottimo testo <strong>di</strong><br />
nautica utile alla <strong>di</strong>dattica oltre che all' uomo <strong>di</strong> mare. <strong>Le</strong> <strong>carte</strong> pilota<br />
(pilot chats) sono pubblicate con grande anticipo onde poterle far<br />
pervenire in tempo utile agli utenti in ogni parte della:Terra, con la viva<br />
raccomandazione da parte dell' Ufficio Idrografico <strong>di</strong> non utilizzarle<br />
come <strong>carte</strong> <strong>di</strong> <strong>navigazione</strong>, data la loro piccolissima scala. L' idea <strong>di</strong><br />
sintetizzare in una carta le informazioni meteorologiche ed<br />
oceanografiche utili al navigante fu dell’ ufficiale marina Maury<br />
Mathew Fontaine (1806-1873), esperto oceanografo e meteorologo, che<br />
fu per un certo periodo responsabile del Deposito Carte e Strumenti<br />
Nautici della marina militare e poi <strong>di</strong>rettore dell' Ufficio Idrografico ed<br />
infine dell' Osservatorio Navale <strong>di</strong> Washington.<br />
Il Haury nel 1842 compilò la prima carta <strong>di</strong> sintesi utilizzando i dati<br />
da lui raccolti durante le numerose traversate da New York a Rio de<br />
Janeiro ed il primo a giovarsi <strong>di</strong> questa fu il veliero Wright che,<br />
seguendo la rotta consigliata da Maury, impiegò la metà del tempo<br />
normalmente richiesto sul percorso tra le due citate località. A seguito<br />
<strong>di</strong> ciò il governo americano permise al Maury <strong>di</strong> chiedere la<br />
collaborazione degli altri stati, che fu poi auspicata anche dalla
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MARIO VULTAGGIO<br />
Conferenza Marittima Internazionale tenutasi nel 1843.Da Questa<br />
collaborazione, grazie ad un’attrezzatura <strong>di</strong> prim'or<strong>di</strong>ne, l'Ufficio<br />
Idrografico Americano mette oggi a <strong>di</strong>sposizione delle <strong>carte</strong> ricche <strong>di</strong><br />
dati statistici e <strong>di</strong> informazioni tanto utili all' uomo <strong>di</strong> mare e le due<br />
opere del Maury Explanations and sailing <strong>di</strong>rections to accompany the<br />
wind and current charts e Physical geography of the sea non hanno<br />
perso la loro importanza e vali<strong>di</strong>tà.<br />
5.9 - Carta elettronica<br />
Nel prossimo futuro l'alto livello <strong>di</strong> automatizzazione permetterà a<br />
bordo del mobile un processo d' integrazione delle informazioni con un<br />
sistema computerizzato formato da vari sottosistemi, alcuni <strong>di</strong> controllo,<br />
capaci <strong>di</strong> comunicare tra loro me<strong>di</strong>ante una rete <strong>di</strong> comunicazione<br />
interna, come mostrato dal grafico.<br />
Il computer <strong>di</strong> bordo può essere collegato via satellite, con computers<br />
esterni, con conseguente arricchimento della sua banca dati; inoltre, i<br />
sottosistemi possono operare sia in<strong>di</strong>pendentemente che come no<strong>di</strong> <strong>di</strong><br />
una rete <strong>di</strong> dati che <strong>di</strong>stribuisce informazioni a <strong>di</strong>versi centri <strong>di</strong> controllo<br />
localizzati in vari locali del mobile.Uno dei sottosistemi denominato<br />
ECDIS (Electronic Chart Display In<strong>di</strong>cato System ) elabora la carta<br />
elettronica che è rappresentata su uno schermo a colori ad alta<br />
risoluzione, limitata alla zona <strong>di</strong> mare in cui si trova la nave (per<br />
mobile, ovviamente è qui considerata la nave). La carta, quasi sempre<br />
mercatoriana, rappresenta con grande chiarezza e precisione il profilo<br />
della costa, permette d'in<strong>di</strong>viduare con facilità i piccoli appro<strong>di</strong>. Su<br />
questa vanno segnati con speciale simbolismo i punti notevoli, i fari ed<br />
fanali; non debbono mancare le boe e le rotte consigliate, né le<br />
informazioni talassografiche, quali le linee batimetriche, la natura del<br />
fondale rocce affioranti, le secche, ecc.; il tutto da poter essere<br />
soppresso a piacimento. La posizione della nave, a seguito <strong>di</strong><br />
informazioni <strong>di</strong> rotte e velocità che pervengono all'ECDIS dalla<br />
girobussola e dal solcometro, è rappresentata con un caratteristico<br />
simbolo che si muove sullo schermo in tempo reale; essa è<br />
continuamente aggiornata me<strong>di</strong>ante i sistemi satellitari (per esempio il<br />
GPS – Global Positioning System o il GLONASS Global Navigation<br />
Satellite System), quelli <strong>di</strong> ra<strong>di</strong>o<strong>navigazione</strong> (l'Omega, il Loran C ed il<br />
Decca) e, perché no, me<strong>di</strong>ante il sistema autonomo passivo delle misure<br />
<strong>di</strong> altezze <strong>di</strong> astri.
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CAPITOLO 5 – LE CARTE DI NAVIGAZIONE<br />
È possibile anche sovrapporre l' immagine radar alla carta elettronica in<br />
modo. da poter controllare la propria posizione; sopprimendo gli echi<br />
degli oggetti contenuti su <strong>di</strong> essa rimarranno soltanto quelli delle altre<br />
navi. Infine, col cambiamento <strong>di</strong> scala, si possono chiamare altri dati o<br />
annullare quelli che si reputano non necessari.<br />
L' ECDIS prevede un calcolatore <strong>di</strong> elevate prestazioni, uno schermo<br />
colorato caratterizzato, come già detto, da un'alta risoluzione ed una<br />
banca dati continuamente aggiornata. Tra i dati sono comprese le<br />
coor<strong>di</strong>nate <strong>di</strong> molti punti della costa onde poter avere sullo schermo i<br />
loro profili con estrema precisione.<br />
A seguito <strong>di</strong> quanto fin qui detto sulla carta nautica elettronica<br />
sorgono spontanee le seguenti considerazioni. Essa deve contenere sia i<br />
dati della corrispondente carta geografica, pochi in verità quelli<br />
dell'entroterra, che quelli delle varie pubblicazioni nautiche che ad essa<br />
si riferiscono; <strong>di</strong> qui la necessità <strong>di</strong> <strong>di</strong>videre il suo contenuto in un<br />
minimo che costituirà l'immagine <strong>di</strong> base ed in un altro supplementare<br />
da chiamare secondo le necessità.<br />
Circa lo schermo della carta elettronica, si richiede una risoluzione<br />
maggiore <strong>di</strong> quella che al presente si trova sul mercato ed una sua<br />
compatibilità sia con la sovrapposizione dello schermo radar che con lo<br />
spazio a <strong>di</strong>sposizione sul ponte. Un problema molto delicato è la<br />
standar<strong>di</strong>zzazione dei simboli e dei colori e l'aggiornamento dei dati;<br />
per tutto questo sono state istituite delle commissioni internazionali.<br />
Non vanno, infine, trascurati gli aspetti legali: l’ECDIS, quale<br />
sostituzione della comune carta nautica, è in fase <strong>di</strong> riconoscimento<br />
dall'IMO e poi dai governi interessati. In fase sperimentale la carta<br />
elettronica è, attualmente, utilizzata ma rimane sempre obbligatorio il<br />
supporto cartaceo dell’area da navigare.
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MARIO VULTAGGIO