Il problema del datum: ETRS89 e WGS84 non sono la stessa coordinata

Non lo sono. Differiscono di quasi un metro, e la differenza è sistematica – stessa entità e stessa direzione in ogni punto del blocco. È uno dei pochi errori del lavoro di rilievo offshore che sia interamente prevedibile, interamente evitabile e ciononostante ancora ricorrente.

Perché i due sistemi si allontanano

ETRS89 è stato adottato da EUREF nella riunione di Firenze del 1990, con la Risoluzione 1, che lo definisce coincidente con l'International Terrestrial Reference System (ITRS) all'epoca 1989.0 e ancorato alla parte stabile della placca eurasiatica. È quest'ultima clausola a contenere tutta la questione. ETRS89 si muove con l'Europa. Un punto sul fondale al largo della costa olandese mantiene indefinitamente la stessa coordinata ETRS89, che è esattamente ciò che serve per il catasto, la cartografia nazionale e qualunque dataset debba restare confrontabile nell'arco di decenni. È il sistema di riferimento richiesto per i dati territoriali europei conformi alla direttiva INSPIRE.

WGS84 non funziona così. È il sistema di riferimento implicito nel GPS, mantenuto da NGA e allineato alle successive realizzazioni dell'ITRF – che è ancorato al centro di massa terrestre e non tiene ferma alcuna placca. La realizzazione attuale, WGS84 (G2296), è entrata in vigore a gennaio 2024, allineata a ITRF2020 e a IGS20, con un accordo con ITRF2020 entro circa 2 cm. È il settimo aggiornamento di questo tipo in trent'anni.

Quindi ETRS89 tiene ferma l'Europa mentre WGS84 la lascia muovere. La placca eurasiatica deriva verso nord-est a circa 2,5 cm all'anno, e i due sistemi si separano a quella velocità dal 1989.0:

Il valore relativo al 2000 è documentato; i successivi discendono dal tasso di deriva. Entità e direzione esatte variano in qualche misura con la posizione in Europa, quindi la tabella va letta come ordine di grandezza, non come trasformazione.

Perché nulla lo segnala

Tre fattori concorrono a rendere silenzioso questo errore.

Gli ellissoidi sono quasi identici. ETRS89 usa GRS80: semiasse maggiore 6378137 m, schiacciamento inverso 298,257222101. WGS84 usa un ellissoide con lo stesso semiasse maggiore, 6378137 m, e schiacciamento inverso 298,257223563. La differenza compare alla nona cifra significativa e si traduce in circa un decimo di millimetro sul semiasse minore. Qualunque controllo che confronti i parametri dell'ellissoide passerà. Il problema non è l'ellissoide: sono la realizzazione del datum e l'epoca.

Non esistono parametri di trasformazione ufficiali. Le realizzazioni recenti di WGS84 sono allineate all'ITRF in modo sufficientemente stretto da essere trattate come coincidenti, quindi tra le due non è pubblicata alcuna trasformazione. Il software non ha dunque nulla da applicare, e spesso non applica nulla – in silenzio.

"ETRS89" non è un singolo frame, è un ensemble. Nel registro EPSG, ETRS89 (EPSG:4258) è definito come un ensemble i cui membri vanno da ETRF89 a ETRF2020, con un'accuratezza dichiarata dell'ensemble pari a 0,1 m. Un deliverable etichettato semplicemente "ETRS89" è quindi specificato solo a circa 10 cm, prima ancora che si ponga qualsiasi questione riguardo a WGS84. Il Technical Working Group di EUREF raccomanda ETRF2000 come frame convenzionale; se la specifica non nomina una realizzazione, si sta accettando l'ensemble.

I sistemi proiettati ereditano tutto questo. EPSG:25831 è ETRS89 / UTM zona 31N. EPSG:32631 è WGS 84 / UTM zona 31N. Stessa proiezione, stesso meridiano centrale, stesso fattore di scala, stesso falso est. Datum diverso. Un'intestazione di file che riporti soltanto "UTM31N" non distingue né l'uno né l'altro.

Un esempio pratico

I valori riportati di seguito sono sintetici – costruiti per illustrare il meccanismo di errore, non tratti da progetti reali – ma il meccanismo è esatto.

Un rilievo UXO su un corridoio di cavo di esportazione di un parco eolico consegna una lista di target: 214 anomalie magnetiche, ciascuna con posizione, massa stimata e classe di confidenza. L'intestazione del deliverable riporta ETRS89 / UTM zona 31N. Il GIS di asset del cliente e lo spread ROV incaricato di rilocalizzare e identificare i target lavorano entrambi in WGS 84 / UTM zona 31N.

Nessuno trasforma nulla, perché entrambi sono "UTM31N".

Ogni posizione di target risulta ora spostata di circa 0,93 m verso sud-ovest rispetto a dove il ROV andrà a cercarla. Si consideri l'effetto sulla campagna di relocation:

• Un'anomalia magnetica porta già con sé la propria incertezza posizionale – comunemente da uno a pochi metri, a seconda di quota di volo, spaziatura delle linee e inversione utilizzata. Lo scostamento di datum non si media con questa incertezza. Vi si somma, nella stessa direzione, su ogni target.
• Gli schemi di ricerca per la relocation sono dimensionati sull'incertezza attesa. Uno scostamento sistematico di 0,93 m consuma una quota rilevante di un raggio di ricerca previsto per il solo errore casuale.
• I target che non vengono rilocalizzati vengono riclassificati, riacquisiti o portati in escalation. Ognuna di queste risposte costa tempo ROV, e nessuna affronta la causa reale.

La campagna non fallisce apertamente. Procede lenta, produce una percentuale di target non rilocalizzati superiore alle attese e genera una spiegazione plausibile ma sbagliata: che il rilievo magnetometrico originale fosse di scarsa qualità.

La firma che lo identifica

Un disallineamento di datum ha una firma che nessun altro errore del lavoro di rilievo riproduce: i residui sono costanti in entità e costanti in direzione su tutto il dataset.

Il rumore di posizionamento è casuale e tende a mediarsi a zero. Gli errori di marea o di riferimento verticale si manifestano in profondità, non in pianta. Gli errori di layback o di offset variano con la rotta, e cambiano quindi segno tra linee reciproche. Un disallineamento di giroscopio scala con la distanza dal punto di riferimento. Un disallineamento di datum non fa nulla di tutto ciò: sposta ogni cosa, ovunque, dello stesso vettore.

Questo lo rende banalmente verificabile, a condizione che qualcuno esegua la verifica. Si prenda un punto qualsiasi la cui posizione sia nota in modo indipendente – una struttura installata, un met mast, un target precedentemente verificato, un dataset sovrapposto di un altro contractor – e si calcoli il residuo. Se un pugno di punti di questo tipo mostra tutto lo stesso spostamento, nella stessa direzione, con entità prossima al metro, la risposta è un datum, non un difetto di rilievo.

Cosa richiedere nella specifica

• 01Identificazione completa del CRS, tramite codice EPSG, per ogni deliverable. Non "WGS84", non "UTM31N". EPSG:25831 e EPSG:32631 sono due risposte diverse alla stessa descrizione informale.
• 02Realizzazione ed epoca, indicate esplicitamente. ETRF2000 all'epoca 2026.5 è una specifica. "ETRS89" è un ensemble con accuratezza di 0,1 m, e su un progetto che posiziona a livello centimetrico non è sufficiente.
• 03La trasformazione effettivamente applicata, con i suoi parametri, documentata nel report – incluso il caso in cui non ne sia stata applicata alcuna, con la relativa giustificazione.
• 04Un unico CRS di progetto, definito nel contratto prima della mobilitazione, con qualsiasi conversione da o verso di esso eseguita una sola volta, da un soggetto individuato, e registrata.
• 05Una verifica di datum in fase di mobilitazione, rispetto ad almeno una posizione nota in modo indipendente, con il residuo riportato come vettore e non come distanza. Uno scalare nasconde la direzione, e la direzione è ciò che identifica la causa.
• 06Definizioni di CRS contenute nelle intestazioni dei file, non in una email di accompagnamento. Le intestazioni dei formati P IOGP esistono proprio per questo; sono utili solo se vengono compilate correttamente e lette.

Il punto di fondo

Quasi ogni altra fonte di errore in un deliverable di rilievo richiede un giudizio per essere valutata. Questa no. Il tasso di deriva è pubblicato, i sistemi di riferimento sono documentati, i codici EPSG non sono ambigui, e il test che lo rileva richiede un punto noto e una sottrazione.

Persiste perché "ETRS89" e "WGS84" sembrano entrambi la risposta alla domanda "quale datum?", e perché un metro è abbastanza piccolo da risultare invisibile in un plot d'insieme e abbastanza grande da contare ovunque il lavoro venga effettivamente svolto.

Riferimenti

• EUREF, Risoluzione 1, Firenze 1990 – definizione di ETRS89.
• EUREF Technical Working Group – raccomandazione di adottare ETRF2000 come frame convenzionale di ETRS89.
• NGA, WGS 84 (G2296) – realizzazione in vigore da gennaio 2024, allineata a ITRF2020 e IGS20.
• Registro dei parametri geodetici IOGP/EPSG – EPSG:4258, EPSG:4326, EPSG:25831, EPSG:32631.
• Direttiva INSPIRE (2007/2/CE) – ETRS89 come sistema di riferimento per i dati territoriali europei.

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