ELABORAZIONE DI UNO STRUMENTO DI LAVORO PER LA TRASFORMAZIONE DEI DATI SULLE CONDOTTE D’ACQUA, RILEVATE DALL’OSSERVATORIO ASTRONOMICO DEL POLITECNICO DI ZURIGO, IN COORDINATE DELLA MN95.
LAVORO DI DIPLOMA PER L’ATTESTATO FEDERALE DI TECNICA IN GEOMATICA.
Situazione di partenza
Fino al 1893 l’area urbana della città di Zurigo si estendeva solo al perimetro dell’attuale centro storico. In questo perimetro tra il 1857 e il 1870 si è realizzata la prima opera sistematica di misurazione della città (“triangolazione del centro storico”). A questo scopo si è introdotto un proprio sistema di coordinate alla cui origine c’era la cima della campanile della St. Peterskirche.Nel 1893 la città si è estesa a 11 comuni periferici (1a incorporazione). L’istanza cittadina di misurazione di allora ordinò una nuova misurazione dei nuovi segmenti urbani. Questa nuova opera di misurazione era già improntata sulle linee guida del sistema di misurazione nazionale MN03, in vigore a quel tempo. Tale sistema era tuttavia orientato verso sud e come origine delle coordinate si ricorse alla meridiana dell’Osservatorio astronomico del Politecnico di Zurigo.Contrariamente alla città, i comuni d’agglomerato furono quindi misurati in base al sistema di coordinate MN03. Tuttavia, il confronto dei risultati dimostrò la presenza di imprecisioni e come punto d’origine si decise di prendere Berna (Berna 0/0, coordinate civili). Quando nel 1934 12 di questi comuni furono integrati nel comune di Zurigo erano in uso tre diversi sistemi di coordinate.Grazie a un progetto di trasformazione ordinato dalla città, dal marzo 1990 tutti i PFP2 e i PL furono convertiti nelle coordinate MN0, nell’intento di arrivare a una semplificazione dei sistemi.
Descrizione della problematica
All’azienda di acqua potabile di Zurigo (WVZ) compete la continua manutenzione e l’ammodernamento della rete idrica urbana. Il comparto di misurazione interno della WVZ si occupa, sin dai primordi, della moderna misurazione della posizione e dell’altezza degli elementi delle condotte d’acqua, sia di recente costruzione che risanati. Gli elementi inventariati sono, tra l’altro, le condotte, gli idranti superficiali, gli idranti interrati, le valvole a saracinesca e i raccordi a T. Tra il 1868 e il 1987 i dati furono raffigurati analogicamente/graficamente su piani cartacei, successivamente i nuovi dati vennero conservati numericamente/digitalmente. Il progresso tecnologico ha pure comportato una modifica del processo di rilevamento: approssimativamente fino al 1976 gli elementi delle condotte venivano misurati, senza indicare le coordinate, su punti del territorio specifici (p. es. angoli degli edifici) e solo in un secondo tempo si è provveduto a rilevare la posizione direttamente nel sistema di coordinate in vigore. A quel momento nel centro storico e nell’area della 2a incorporazione si utilizzavano ancora le coordinate MN03. Una volta rilevato questo dato di fatto si sono rivisti i presupposti originali del progetto e cioè che lo strumento di trasformazione, che si intende raggiungere con lavoro di diploma, si riferisce fondamentalmente solo ai dati delle condotte idriche rilevati tra il 1976 e il 1990, nell’ambito della 1a incorporazione nelle coordinate dell’Osservatorio astronomico del Politecnico di Zurigo.Se, per esempio, nell’ambito del risanamento di una condotta si impongono delle opere di tenuta a giorno, le interfacce tra le parti nuove della condotta e le parti «vecchie» già esistenti devono essere ogni volta inserite/calcolate manualmente secondo le misurazioni sui piani cartacei. Dal punto di vista gestionale sarebbe fortemente auspicabile che questi interventi ripetitivi fossero realizzabili con uno strumento più semplice ed efficiente, e che la qualità dei risultati potesse essere migliorata tenendo in considerazione le «vecchie» coordinate.
Obiettivo
Questo lavoro si prefigge l’obiettivo di elaborare uno strumenti di lavoro di facile implementazione che nella quotidianità professionale consenta di commutare i dati obsoleti delle condotte in coordinate attualmente valide.
Basi
Il lavoro è improntato sui piani disponibili delle condotte contenuti nell’archivio dei piani della WVZ del periodo in questione, sui dati GIS della WVZ, su propri rilievi sul terreno e su informazioni relative al progetto di trasformazione urbana del 1990.Per i dati delle condotte d’acqua, la WVZ si basa sui requisiti di precisione secondo la norma SIA 405. Inoltre, l’errore dei dati rilevati deve avere una precisione di +/-10 cm e la tolleranza è di +/- 30 cm. Questo funge anche da base per questo lavoro di diploma.
Metodologia
Dopo l’elaborazione dei presupposti e la definizione della problematica si è provveduto a elaborare il progetto nelle seguenti fasi:
- Scelta della tipologia della trasformazione
Fondamentalmente si mirava a una trasformazione il più semplice possibile. Le coordinate dell’Osservatorio astronomico del Politecnico presentavano un orientamento verso sud, mentre la loro origine era spostata lateralmente rispetto alla MN03 (rispettivamente alla MN95). Di conseguenza, si imponeva una trasformazione con almeno una rotazione e una traslazione in direzione Y e X. A causa dell’estensione spaziale e dei metodi di misura utilizzati era consigliato operare con un fattore di scala. La trasformazione di Helmert soddisfaceva tutti questi criteri e in aggiunta era anche la base utilizzata per il progetto di trasformazione urbana del 1990, il che consentiva una certa comparabilità. - Scelta del software di trasformazione
Per l’applicazione progettuale si sono vagliati diversi software di trasformazione open source. In accordo con l’esperto che seguiva il lavoro si è deciso di realizzare la trasformazione con il software TRANSINT, solitamente utilizzato da swisstopo proprio per questo scopo. - Scelta dei punti d’appoggio e della loro tipologia
Per la trasformazione delle coordinate di un sistema di coordinate in un altro bisognava definire i punti di appoggio disponibili per le coordinate dei due sistemi. Nelle opere delle condotte d’acqua è problematico il fatto che la maggior parte di questi elementi sono interrati e quindi difficilmente misurabili. Quindi, come punti d’appoggio entravano in considerazione solo gli elementi in superficie visibili della WVZ. Le possibili tipologie di punti d’appoggio si limitavano agli idranti superficiali e alle valvole a saracinesca (assi della saracinesca e cappe stradali). - Scelta del perimetro di lavoro
In un primo approccio si è ricorso a un perimetro di lavoro che la GeoZ (Geomatik + Vermessung Zürich) aveva trovato interessante durante il progetto di trasformazione del 1990. Successivamente su questo perimetro si è effettuata un’interrogazione SQL nel GIS WVZ sugli idranti superficiali e sulle valvole a saracinesca tra il 1980 e il 1990. Gli elementi risultati sono stati allineati all’archivio dei piani e si è constatato quali erano stati rilevati nelle coordinate dell’Osservatorio astronomico del Politecnico. Il risultato è stato deludente: il numero di punti d’appoggio utilizzabili era insufficiente per una trasformazione significativa. Durante una seconda interrogazione SQL si è esteso il perimetro di lavoro a tutto il territorio della 1a incorporazione e con lo stesso approccio si sono poi definiti i punti d’appoggio. Anche in questo caso il numero dei punti d’appoggio era relativamente contenuto e si è notato che tali punti sono prevalentemente ripartiti su un territorio limitato. Per incrementare la densità e il numero dei punti d’appoggio, i punti d’appoggio della WZV sono stati completati con i punti fissi planimetrici (PFP) di GeoZ. Questo ha consentito di ottenere 60 punti d’appoggio nel perimetro di lavoro (35 idranti superficiali/valvole a saracinesca, 25 PFP3). - Misurazione dei punti d’appoggio
Le riprese sul terreno hanno consentito di determinare, in un secondo tempo, le coordinate MN95 di tutti i punti d’appoggio. - Indicazione dei parametri di trasformazione e trasformazione con TRASINT
Per 4 set diversi di punti d’appoggio sono stati definiti i parametri di trasformazione e si è eseguita la trasformazione. - Valutazione
Partendo dalle differenze delle coordinate tra i valori trasformati e le coordinate misurate sul terreno si sono calcolati e valutati i vettori di errore fs, rispettivamente la loro ripartizione.
Resultati e valutazione
Qui di seguito sono rappresentati gli istogrammi con i vettori d’errore fs calcolati con i set dei parametri di trasformazione adatti per ogni variante. In tutte e 4 le varianti la maggioranza dei punti trasformati è inferiore all’errore medio rilevato di +/- 100 mm e tutti i valori stanno entro il limite di tolleranza di +/-300 mm. Come prospettato, utilizzando esclusivamente gli idranti superficiali come punti d’appoggio, la dispersione dei vettori d’errore è superiore (variante 1) rispetto all’utilizzo di PFP 3 (variante 2). Nella variante 3 la quantità dei punti d’appoggio è significativamente superiore, l’errore mediano e la dispersione sono chiaramente inferiori rispetto alle altre varianti. Nella variante 4 si è provveduto a combinare i parametri di trasformazione e i punti d’appoggio derivati 4 segmentazioni del progetto urbano di trasformazione del 1990. I vettori d’errore delle coordinate trasformate sono leggermente superiori rispetto alle varianti precedenti.
Conclusione e fasi successive
I parametri di trasformazione forniti delle varianti 3 e 4 sono utilizzabili per la trasformazione dei vecchi dati delle condotte d’acqua della WVZ sul perimetro di lavoro. Le precisioni necessarie rimangono preservate. Per l’utilizzo nel lavoro quotidiano si è sviluppato un tool Excel che consente di effettuare facilmente la trasformazione con i due parametri. Nella prossima fase si verificherà se questi due set di parametri consentiranno anche di realizzare le trasformazioni al di fuori del perimetro di lavoro, rispettando le precisioni richieste. I primi risultati utilizzando PFP3 quali punti di controllo sembra confermare questo approccio.
Ringraziamento
Il lavoro mi ha consentito di farmi un’interessante panoramica nello sviluppo della misurazione urbana e delle condotte d’acqua della città di Zurigo. Inoltre, ho scoperto un nuovo comparto della geomatica e sono riuscita ad applicare nella pratica le conoscenze acquisite durante la formazione di tecnica in geomatica. Colgo l’occasione per ringraziare per il loro sostegno gli esperti M. Burkard e C. Lienert, nonché la WVZ e GeoZ che hanno contribuito alla riuscita del lavoro.
Annina Thalmann, Geomatiktechnikerin FA, Wasserversorgung Zürich, Hardhof 9, 8021 Zürich, annina.thalmann@zuerich.ch
