Dalla carta ai bit

Quando sono nate le carte nautiche il lavoro era semplice. Si cercavano informazioni e si disegnavano dentro un foglio che sarebbe diventato la mappa. Ovviamente occorreva seguire delle regole, come la proiezione da usare visto che la terra non è piana ma il foglio sì.
Poi sono arrivati i calcolatori ed allora le informazioni venivano sistematicamente memorizzate con il loro aiuto ma le mappe venivano sempre viste come fogli di carta, questa volta disegnati dai calcolatori ma sempre fogli di carta.
Le mappe raster sono state il primo tentativo di avere mappe “come se fossero di carta” ma invece registrate su un supporto digitale, disco o CD.
Quando le potenze di calcolo sono cresciute ancora, si è iniziato a pensare alle mappe come a “edizioni digitali”, cioè un insieme organizzato di informazioni che un programma opportuno poteva trasformare in una mappa.
Se il programma produceva una mappa stampata, si aveva la mappa tradizionale. Se la stessa veniva registrata su un CD si aveva una mappa raster. Se invece il programma generava una mappa ogni volta che veniva eseguito direttamente dall'utente finale, la mappa veniva battezzata “vettoriale”.
In effetti la mappa che si vede su uno schermo è sempre una immagine raster ma, per le mappe chiamate vettoriali, questa immagine viene generata ogni volta e il modo con cui viene generata cambia in funzione di scelte dell'utente. Ad esempio l'utente può decidere di visualizzare o meno le strade delle città oppure di visualizzarle solo se la scala è migliore di una scala prefissata o una qualsiasi altra combinazione di decisioni (o capricci).
Dopo questa scoperta tutti i produttori di mappe, in genere gli Istituti Idrografici delle varie nazioni, producono solo mappe vettoriali ed, in genere, in formato S-57 conforme a ECDIS. Pochi mettono a disposizione i loro prodotti in questa forma agli utenti finali. Tutti usano questi prodotti per produrre le loro carte tradizionali.
Le mappe in formato S-57 si possono usare direttamente su un PC ma la maggior parte dei distributori commerciali, come C-MAP o Navionics, impaccano le loro carte in un formato diverso. Le diversità non sono nel contenuto ma nel modo in cui questo contenuto viene messo a disposizione dei programmi che lo devono disegnare sullo schermo.

Tipi di carte elettroniche

Carte raster

Sono carte composte da una immagine, come le normali foto, a cui sono stati aggiunti dei dati che permettono di georeferenziare la carta, cioè di trasformarla da una semplice immagine in una vera carta nautica su cui prendere rilevamenti, tracciare rotte ecc.
Di fatto le informazioni sono variabili tra i vari formati ma comprendono sempre, oltre ai dati generali della carta, come la scala, il titolo, ecc., anche le coordinate in pixel (i puntini microscopici di cui sono composte le immagini) e le coordinate vere, in latitudine e longitudine. Ovviamente serve sapere anche il sistema di riferimento con cui la carta e' stata disegnata, quindi la proiezione (Mercatore per le carte nautiche) e l'elissoide di riferimento. Quest'ultimo e' importantissimo perché il GPS fornisce le sue coordinate secondo un elissoide, in genere WGS84, che, se diverso da quello della carta, può produrre errori di posizionamento.
I formati possono essere separati, con l'immagine memorizzata su un file e gli altri parametri su un altro file, oppure uniti, in cui tutte le informazioni sono contenute nello stesso file. Qualche volta le informazioni grafiche e geografiche sono su un file e la descrizione su un file separato.
I vari formati sono diversamente supportato dai programmi di cartografia.
Le mappe raster possono essere prodotte direttamente dai vari enti che producono cartografia, in genere partendo da dati vettoriali, oppure da terzi che, con le opportune autorizzazioni, provvedono a trasformare le carte tradizionali in carte raster.

Carte vettoriali

Sono carte, in genere derivate da carte tradizionali, in cui, con un processo di vettorializzazione, sono state sostituite le informazioni relative ai singoli puntini di una mappa con le regole per ricrearli ogni volta.
Ad esempio, se su una carta tradizionale c'è una linea, questa sarà rappresentata:
• sul supporto cartaceo da un insieme di puntini di inchiostro
• sulla carta raster da un insieme di puntini (pixel)
• sulla carta vettoriale da una informazione che registra il fatto che è una linea e che parte dal punto di coordinate lat1,lon1 e arriva al punto di coordinate lat2,lon2

E' evidente che, con una descrizione vettoriale, la qualità di rappresentazione della linea sarà la stessa sia che questa occupi un angolo piccolo dello schermo sia che occupi tutto lo schermo.
Poiché “l'appetito vien mangiando” i produttori di carte vettoriali hanno infilato nella stessa carta diverse carte con diversi gradi di definizione. Così quando guardo il Mar Ligure non viene disegnato l'insieme dei moli del porto di Genova ma quando voglio vedere il dettaglio del porto trovo i moli, i pontili, ecc.
Con questo metodo diventa facile anche inserire informazioni che non sono proprie della mappa, oppure che si vogliono vedere solo “a richiesta”. Ad esempio posso indicare il simbolo di un relitto e, se posiziono il mouse sul simbolo, una finestra pop-up mi informerà delle informazioni associate
(profondità, tipo, oggetto affondato, ecc.). Ma posso anche associare a un marina informazioni circa i negozi, la Capitaneria, i meccanici o i ristoranti o qualsiasi altra informazione venga ritenuta utile da chi produce la mappa.
Il formato vettoriale è certamente più flessibile e compatto da gestire. La cartografia occupa meno spazio su disco, se è ben fatta appare di migliore risoluzione ed è molto facile aggiungere gadgets che piacciono molto al diportista, come le foto della costa, la vista del porto a volo di uccello o altro.
Tutto questo a scapito della leggerezza dell'applicazione e per la gioia del produttore.
Infatti le coste cambiano anche se in modo poco rapido. Una carta non aggiornata è un buco di sicurezza ma permette lo stesso di essere usata. Le informazioni sui ristoranti, sui servizi e le foto dei porti invece cambiano più rapidamente e l'utente, anche se potrebbe tranquillamente farne a meno, è invogliato ad aggiornare le carte per avere l'ultima versione disponibile. Ovviamente ai prezzi del produttore.
Claudio Galli, sul sito http://www.zefsail.it/Mappe.htm oltre a pubblicare mappe raster (per Ozi Explorer) e vettoriali (per MapSource) costruite usando informazioni reperibili su Internet, descrive anche a grandi linee cosa ha fatto e, anche se non sarà possibile apprezzare i passi nel dettaglio, si capirà sicuramente che non è una operazione alla portata di tutti. Tra l'altro le mappe vettoriali da lui create sono per Garmin e/o per programmi che siano compatibili con il formato vettoriale di Garmin.

A che servono le carte elettroniche

Per essere utili a qualcosa, le carte elettroniche hanno bisogno di programmi per la loro visualizzazione.
Possono essere usate per la sola consultazione oppure per la pianificazione del viaggio o ancora per riportare la traccia continua o a pezzi del viaggio in corso.
Ritengo che per la sola consultazione siano ancora insuperate le carte tradizionali stampate. Certo sono ingombranti e difficili da trasportare.
Per la sola visualizzazione basterebbe avere un programma qualsiasi in grado di “disegnare” su schermo il contenuto della carta elettronica. Se la carta è in formato raster, basta un qualsiasi programma per visualizzare le immagini, se è vettoriale ci vuole un programma più specifico. Ad esempio tutti i programmi di CAD sono programmi specifici per disegnare sullo schermo informazioni vettoriali. Ovviamente questo non vuol dire che tutti i programmi di CAD sono in grado di disegnare mappe nautiche vettoriali.
Se si vuole pianificare la navigazione, occorre anche poter passare dall'immagine alle coordinate, tracciare rotte, definire punti notevoli, ecc.
Qui si passa a programmi specifici per la nautica.
Se si vuole anche riportare, oltre alla carta ed alla rotta pianificata, anche quella seguita effettivamente, occorre anche collegare il GPS al programma e registrare la posizione ad un determinato intervallo. Il risultato sarà il disegno della rotta seguita e, come fanno i vari GPS, anche avvisi di vicinanza ai way point o altri messaggi. Si può anche far governare al PC, collegando il pilota automatico al PC e inviando allo stesso i messaggi NMEA necessari a correggere i fuori rotta rilevati. Tutto questo si può fare con una apparecchiatura dedicata, il plotter cartografico, oppure con un PC e programmi opportuni. La scelta tra le due soluzioni dipende dalle preferenze di ognuno.

Perché usare un PC invece di un GPS cartografico

Questa è una domanda ricorrente a cui Bolina ha dedicato alcuni articoli.
Non esiste una risposta unica e la scelta dipende dalle preferenze individuali.
Uno strumento dedicato è forse più semplice da usare e sicuramente più adatto all'uso in barca. Può essere usato all'aperto e non possiede parti in movimento che potrebbero guastarsi nell'ambiente salino.
Per contro è difficile portarsi a casa uno strumento di questo genere per giocare in inverno e pianificare le vacanze.
Un PC è uno strumento “multifunzione” e non si limita a fare da GPS cartografico. Si può usare per collegarsi a Internet, per scambiare mail, per scrivere e anche per sentire musica o vedere la TV. Consuma di più, non resiste agli spruzzi ed all'ambiente salino e non si può usare in pozzetto in navigazione. Se lo si abbina ad un ricevitore SSB riceve i meteofax, il navtex e le previsioni da Offenbach.
Per contro si porta a casa facilmente e si può anche usare per lavorare, rigorosamente non in barca nei fine settimana ed in vacanza.
Recentemente sono apparsi PC per l'ambiente salino, ad un costo sproporzionato. Stanno invece arrivando sul mercato PC senza parti in movimento, già un bel passo avanti per limitare i guasti.
Per le funzioni di GPS cartografico bastano anche PC non troppo nuovi o non troppo “performanti”. In genere se un PC fa tutto quello per cui ci serve, sarà in grado anche di gestire le mappe.

Che programmi posso usare

Se voglio solo visualizzare le carte posso usare diversi programmi, anche non specifici. Il solo requisito è che supportino il formato della mappa.
Il discorso cambia se voglio fare pianificazione o navigazione strumentale, cioè se voglio “in diretta” controllare la navigazione e magari dire al pilota automatico come governare. Per questo occorre gestire altre informazioni e avere la possibilità di decidere cosa visualizzare. Allora le carte vettoriali, per la loro capacità di mettere a disposizione tante informazioni, diventano da preferire. Tecnicamente anche le carte raster potrebbero essere integrate con queste informazioni ma è inutile negare che la tecnologia va nella direzione delle carte vettoriali ed i programmi applicativi pure. Sarà quindi più facile trovare programmi per carte vettoriali con funzioni specializzate, come il controllo della navigazione in regata, magari anche l'ottimizzazione del percorso sulla base del vento, delle previsioni e delle polari della imbarcazione.
Per le mappe raster i due programmi più diffusi sono SeaClear e Ozi Explorer.
SeaClear è gratuito e liberamente utilizzabile su sistemi Microsoft o Linux usando Wine. Legge le carte BSB/KAP per i formati da 1 a 3, le carte GEO/NOS e le carte di Ozi Explorer.
Le carte BSB/CAP sono criptate e non vengono lette. Le carte “fatte in casa” possono essere nei formati grafici più diffusi (PNG,JPG,TIFF) e vengono calibrate con un opportuno programma, fornendo le coordinate di un insieme di punti su cui si posiziona il mouse.
La mappa prodotta dalla calibrazione di una immagine viene salvata in formato WCI (tipico del programma) e racchiude informazioni grafiche e di calibrazione nello stesso file.
E' espressamente previsto il percorso:

file di immagine -> calibrazione -> file WCI

File WCI -> file di immagine -> correzione del file -> file WCI senza rifare la calibrazione

Ozi Explorer invece è a pagamento e funziona su sistemi Microsoft ma non su Linux. Legge i formati grafici, il formato BSB fino al formato 5, ECW, MapTech.
Il risultato di una calibrazione fatta a mano è salvato in un file MAP, parallelo al file grafico originale e che può essere anche letto da SeaClear.
Nulla vieta di memorizzare, assieme alla pura rappresentazione della carta originale, altre informazioni interessanti. In genere i programmi che gestiscono carte raster non lo fanno per informazioni da inserire “nella carta” ma permettono di definire punti di interesse con le coordinate e una descrizione. Con una opportuna definizione di questi punti si possono aggiungere informazioni ad una mappa senza doverla modificare.
A completamento delle informazioni rappresentate si possono definire rotte e tracce e tenere un diario di avvenimenti.
Poiché le informazioni di una mappa raster sono tutto sommato le stesse di una fotografia è sempre possibile usare un programma di foto ritocco per modificare la mappa o per aggiungere correzioni o annotazioni. Per i formati come BSB o GEO serve un programma che “estrae” la parte grafica. Poi si modifica questa parte e la si “rimette” nel formato voluto. Programmi simili esistono per alcuni formati.
Per chi si diverte con la programmazione il sito http://www.gdal.org ha una libreria di funzioni e programmi per “giocare” con i vari formati.
Per le mappe vettoriali occorre fare riferimento ai vari produttori di carte. Infatti i principali produttori di carte hanno programmi proprietari per visualizzare ed usare le loro carte. Poi ci sono produttori di programmi specializzati che sono in grado di leggere diversi formati. L'assortimento è vario ed è facile prendere delle cantonate.
I formati che vanno per la maggiore nel mondo sono C-Map e Navionics, usati anche per i sistemi di navigazione dedicati o GPS cartografici. Oltre ai programmi proprietari ci sono diversi programmi per PC in grado di usare mappe vettoriali in formato C-Map o Navionics, sia di produzione italiana che straniera. MaxSea ( http://www.maxsea.fr ) è uno di questi ma ce ne sono diversi, con una diversa copertura sia di funzioni che di formati supportati.
SW&N ( http://www.sw-n.com ) è una azienda italiana che opera nello stesso campo. E' il produttore di SailPlan, storico programma di pianificazione della navigazione (non è interfacciato con il GPS) che usa carte vettoriali Navionics.
Garmin ha un suo formato ed un programma per questo, chiamato MapSource. Ci sono anche alcuni programmi che sono in grado di leggere il formato Garmin, come indicato nel già citato sito di Claudio Galli.
In teoria sarebbe possibile creare e mantenere una mappa vettoriale anche per un utente, anche se smaliziato. Ci sono formati abbastanza diffusi e documentati, presi a prestito dal mondo GIS (Geographic Information System), che possono essere gestiti in modo umano.
Il sito http://www.gdal.org/ogr ha un insieme di librerie e funzioni per manipolare questi formati.
Personalmente mi sono trovato bene con un portatile non troppo giovane, delle mappe “autocostruite” partendo da mappe cartacee di cui ero in possesso e con SeaClear. Non e' il massimo ma è sicuramente un sistema efficiente ed a basso costo.