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Gli strumenti per orientarsi in quota

Gli strumenti per orientarsi in quota

Dal coordinatometro ai moderni GPS da polso,l’evoluzione degli strumenti per orientarsi in quota, muoversi in montagna e capire a che altezza ci si trova

I primi strumenti che ricordo di avere utilizzato per andare in montagna sono la bussola, l’altimetro e il coordinatometro. Due di essi rappresentavano il massimo della tecnologia che si potesse impiegare negli anni ʼ70 e ʼ80. 

Il coordinatometro era un foglietto di forma quadrata, col lato di 4 cm su carta millimetrata utilizzato per calcolare le distanze tra due o più punti sulle mappe dell’istituto geografico militare (igm), in scala 1:25.000, e un reticolo formato da tanti quadretti da 4 cm di lato. La scala indicava come per ogni centimetro sulla carta corrispondesse una distanza reale di 250 m. si potevano calcolare con buona approssimazione le distanze facendo scorrere il quadratino sulle cartine e ricavandone somme poi trascritte su un taccuino.

Più intuitivo l’uso della bussola, usata per orientare le carte topografiche. La scala graduata a 360° permetteva scostamenti dal percorso ideale per superare gli ostacoli naturali che impedivano di avanzare in linea retta.

Questi due strumenti dovevano poi essere obbligatoriamente integrati dall’altimetro per stabilire con esattezza il punto in cui ci si trovava, incrociando i dati della mappa, gli elementi naturali visibili e soprattutto la quota. 

L’altimetro e i suoi limiti 

Di tali dispositivi, l’altimetro è sopravvissuto fino a oggi. La differenza sostanziale sta nel fatto che ora è integrato in strumenti assai più complessi, come i GPS da polso o i palmari. Il limite sta nel fatto che, come in passato, il suo funzionamento è barometrico, strettamente collegato cioè alla pressione atmosferica, che per sua natura cambia di continuo. Preso atto che all’aumentare dell’altezza tale pressione diminuisce, capita più spesso di quanto si pensi che sullo strumento la quota teorica appaia molto più alta di quella realmente raggiunta, o salga più lentamente, o addirittura diminuisca. Occorre dunque una costante calibrazione manuale dell’altimetro per avere dei riferimenti certi. Si potrebbe pensare che gli attuali strumenti integrati nei gps risolvano il problema a nostro vantaggio, ma non è esattamente così: l’altimetro resta sempre e comunque barometrico. 

L’uso dei satelliti 

La tecnologia satellitare ci viene in aiuto, ma anche in questo caso non si deve pensare che lo strumento ci dia sempre la quota certa. Questi strumenti, pur di elevata qualità, hanno una loro tolleranza, che può essere pari al 3% in più o in meno, valore ottimo che però, su attività di lunga durata, arriva a condizionare la rilevazione anche in maniera sostanziosa: un errore del 3%, ad esempio, sui 10 km, si traduce in una differenza di 300 m, mentre sui 50 km lo scostamento arriva a essere pari a 1.500 m. sulla precisione dello strumento incide poi anche la posizione dei satelliti rispetto alla forma della terra, che assomiglia più a un tubero tondeggiante di superficie irregolare che a una sfera schiacciata sui poli come normalmente viene rappresentata. 

Per avere un dato che sia il più preciso possibile l’apparecchio dovrebbe trovarsi in un punto centrale rispetto alla posizione dei satelliti, i quali dovrebbero essere almeno 4, condizione che accade di rado, soprattutto perché lo spostamento dei satelliti stessi non è geostazionario rispetto alla nostra posizione. più probabile sarà l’avere un satellite allo zenit (cioè sulla nostra verticale) e altri disposti attorno con an- goli regolari e tra loro uguali in modo da “fare da garanti” della misura della distanza tra la nostra posizione e il satellite allo zenit. 

Un modello complesso 

Per la forma della terra nel 1984 è stato elaborato un sistema matematico da un punto di vista geometrico-geodetico (la geodesia è una disciplina appartenente alle scienze della terra che si occupa della misura e della rappresentazione del nostro pianeta, del suo campo gravitazionale e dei fenomeni geodinamici quali spostamento dei poli, maree terrestri e movimenti della crosta, nda) e gravitazionale. Questo modello è il Wgs84, che troviamo citato negli strumenti gps quando apriamo le impostazioni per la ricerca dei satelliti e che, abbinato alla forma della terra, ci porta a dover introdurre due concetti per arrivare a stabilire come funziona un altimetro GPS: quelli di geoide ed ellissoide.

È definita geoide la superficie sulla quale la gravità esercita in modo omogeneo le sue componenti di forza e di direzione. per convenzione possiamo poi accettare che le superfici di tutti i mari rappresentino la linea ideale del nostro geoide, linea che risulta però ancora molto irregolare per le altre forze che agiscono (attrazione della luna che genera maree, forza centrifuga della rotazione terrestre, differenti masse che si possono registrare sulla superficie del pianeta). ci vorrebbe un calcolo incredibilmente complesso per portare questi valori a un livello omogeneo.

Per questo gli ingegneri che per primi hanno lavorato sugli strumenti gps hanno elaborato il concetto di elissoide, che in sostanza è un voler attribuire al geoide una forma liscia e regolare; ma, a seconda delle zone del pianeta, tale forma resta parzialmente irregola- re, con variazioni definite “ondulazioni geoidiche” che vanno da un massimo di +75 m a un minimo di –104 m. Con il grande sviluppo e la diffusione dei gps si è arrivati a formulare un modello matematico anche per il geoide. 

Pro e contro dei vari rilevamenti 

I due sistemi di rilevamento hanno dei vantaggi e degli svantaggi. Nel sistema barometrico la quota può considerarsi precisa se costantemente calibrata manualmente e se riferita a periodi di osservazione brevi nel tempo. 

Nel sistema GPS la quota può essere ritenuta più precisa nei rilevamenti su lunghi periodi di osservazione, come media di tutti i risultati.
Alla domanda conclusiva su quale sia il sistema migliore non si può dare una risposta certa, ma con gli strumenti al top di gamma abbiamo dei software che mettono in costante relazione le quote barometriche con quelle gps, fornendoci un valore molto vicino alla realtà, grazie alla funzione di calibrazione automatica. Anche se, quando in punti chiave abbiamo la corretta indicazione dell’altezza, resta consigliato regolare manualmente lo strumento, perché abbiamo visto che i dati da mettere in relazione sono davvero tanti.

Quando una gara risulta più lunga o più corta di quanto dichiarato, conoscere questa complessità ci farà accettare più serenamente quelle differenze che rientrano nelle tolleranze anche del più o meno 5-6%.

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