La cartografia speleologica trasforma grotte inesplorate in mappe tridimensionali per la ricerca e la sicurezza

Vi siete mai chiesti cosa si nasconde sotto i vostri piedi? Non parliamo di metropolitane o tubature, ma di un mondo silenzioso fatto di grotte, fiumi sotterranei e gallerie che sfidano l’oscurità. Gli esploratori riescono a orientarsi grazie alla cartografia speleologica, la disciplina che trasforma l’ignoto in una mappa da seguire. Ma come si crea una mappa di grotte? E quali strumenti servono per documentare ciò che non si vede? Dalle tecniche di rilievo speleologico tradizionali fino ai moderni scanner LiDAR, il percorso è lungo e affascinante.

Cos’è la cartografia speleologica e quali sono i suoi obiettivi

La cartografia speleologica è la disciplina che si occupa della rappresentazione grafica e dettagliata delle cavità sotterranee. Ogni tratto di grotta diventa un sistema di coordinate e misure che permettono di comprendere la struttura tridimensionale del mondo ipogeo. Gli obiettivi principali della cartografia speleologica includono la documentazione precisa della morfologia delle grotte, la pianificazione delle esplorazioni e la creazione di archivi per la ricerca scientifica.[1][2]

Lo scopo è duplice: da una parte garantire la sicurezza di chi esplora, dall’altra costruire un patrimonio di conoscenza accessibile a ricercatori e speleologi futuri. Per chi si avvicina alla cartografia speleologica per principianti, è essenziale conoscere gli standard internazionali e le simbologie codificate dalla Union Internationale de Spéléologie (UIS). Il patrimonio speleologico italiano conta oltre 50.000 grotte censite, rendendo il nostro Paese uno dei territori carsici più ricchi d’Europa.[3][4][1]

Strumenti per la topografia ipogea: dalla bussola al LiDAR

Gli strumenti tradizionali del rilievo speleologico comprendono la bussola, il clinometro e il metro, utilizzati per misurare direzioni, angoli di inclinazione e distanze. La bussola misura l’angolo tra il Nord magnetico e la direzione di avanzamento, il clinometro determina l’inclinazione rispetto al piano orizzontale, mentre il metro valuta la distanza passo dopo passo. La bussola resta uno strumento fondamentale per la topografia ipogea, soprattutto in grotta, dove il GPS non funziona.[2][5][1]

Le nuove tecnologie hanno ampliato notevolmente le possibilità. Il distanziometro laser DISTO X310 rappresenta un’evoluzione significativa, combinando in un unico dispositivo la misurazione di distanza, azimut e inclinazione. Negli ultimi anni si sono diffusi gli scanner LiDAR, che permettono di acquisire nuvole di punti tridimensionali con elevata accuratezza. Il sensore LiDAR integrato negli iPhone Pro ha aperto nuove possibilità nella topografia ipogea, rendendo accessibile la mappatura 3D anche con strumenti mobili. App come Scaniverse permettono di acquisire dati direttamente in grotta, generando un modello 3D in pochi minuti.[6][7][2]

Un gruppo di ricercatori italiani ha sviluppato Charlotte, uno strumento open source per il rilievo delle grotte in 2.5D, dotato di LiDAR e con un costo inferiore ai 400 euro. Questo approccio dimostra come le tecniche di rilievo speleologico si stiano democratizzando.[8]

Il rilievo sul campo: come nasce la poligonale nelle grotte

Il processo di raccolta dati inizia all’interno della cavità. Gli speleologi misurano distanze, angoli e direzioni per creare la poligonale, ovvero la linea di base del rilievo. La poligonale consiste nell’individuare una serie di punti consecutivi, reciprocamente visibili, collegati da una linea spezzata ideale di cui si misurano azimut, inclinazione e distanza.[9][2]

Il gruppo di lavoro si divide i compiti: un rilevatore usa la bussola, un altro registra gli angoli con il clinometro e un terzo segna i punti nel taccuino. Il primo rilevatore si posiziona su un caposaldo con bussola e clinometro, mentre il secondo si colloca sul caposaldo successivo puntando la lampada verso il compagno. Le misure vengono alternate tra i due operatori per ridurre gli errori strumentali.[1][3]

Durante il rilievo vengono annotate anche informazioni geologiche e morfologiche. Si producono schizzi sul campo su carta millimetrata, con pianta, sezioni longitudinali e trasversali. I capisaldi vengono marcati sulle pareti con segni di nero fumo, numerati per facilitare i rilievi successivi. Le tecniche di rilievo speleologico richiedono precisione e metodo: la classificazione del Catasto delle Grotte d’Italia distingue diversi gradi di precisione, dal Grado 1 al Grado X.[1]

Dal dato grezzo alla mappa 3D: il ruolo dei software speleologici

Una volta raccolti i dati grezzi, intervengono software specializzati per la cartografia speleologica. cSurvey, ideato da Federico Cendron, offre un’interfaccia intuitiva per la trascrizione dei fogli di campagna, l’analisi della poligonale e il disegno del rilievo di pianta e sezione. Il software è basato sul motore di calcolo di Therion e dispone di funzioni per la gestione della distribuzione pesata degli errori sugli anelli.[10][11]

Therion rappresenta la soluzione più avanzata per la produzione di mappe speleologiche vettoriali, con algoritmi di smoothing per affinare il disegno. CloudCompare è pensato per l’analisi di grandi set di dati: consente di allineare scansioni, rimuovere rumore e misurare spessori da nuvole di punti acquisite con tecnologia LiDAR. CaveWhere, software open source ideato da Philip Schuchardt, semplifica il flusso di lavoro dal rilievo al disegno finale tramite la tecnica del “carpeting”, proiettando lo schizzo cartaceo lungo la poligonale in un ambiente tridimensionale.[7][12][1]

Le mappe possono essere esportate in vari formati: PNG, SVG, PDF, KML o JPG. La Società Speleologica Italiana ha riconosciuto una nuova scuola di rilievo 3D con tecniche geomatiche, a conferma del crescente interesse verso la cartografia speleologica digitale.[11][13]

Perché mappare le grotte è fondamentale per sicurezza e ricerca

Le mappe speleologiche sono strumenti indispensabili per la ricerca scientifica, la sicurezza degli esploratori e la conservazione degli ambienti sotterranei. La documentazione precisa delle cavità naturali permette di comprendere i complessi sistemi idrogeologici che scorrono sotto la superficie terrestre, fornendo dati essenziali per la pianificazione territoriale.[14]

Le mappe delle grotte forniscono informazioni precise su percorsi, punti critici e possibili vie di fuga in caso di emergenza. Il Catasto Speleologico Regionale raccoglie dati su aspetti geologici, ecologici, archeologici e storici, supportando la ricerca e la gestione del territorio. La cartografia speleologica contribuisce anche alla tutela degli acquiferi carsici: operazioni di tracciamento con coloranti fluorescenti permettono di seguire i flussi idrici e proteggere le risorse idriche sotterranee.[15][14][1]

Le grotte ospitano ecosistemi fragili che conservano testimonianze ambientali per periodi molto lunghi. La documentazione attraverso le tecniche di rilievo speleologico consente di identificare le aree più sensibili e stabilire protocolli di protezione adeguati. Ogni anno in Italia vengono documentate circa 200-300 nuove grotte, un dato che sottolinea l’intensità dell’attività esplorativa e l’importanza crescente della cartografia speleologica come strumento di conoscenza e tutela del patrimonio naturale.[4][14]

Fonti
[2] Mappe dall’Oscurità: Come si Crea la Cartografia del … – Scintilena https://www.scintilena.com/mappe-dalloscurita-come-si-crea-la-cartografia-del-mondo-sotterraneo/10/05/
[3] Mappe dall’Oscurità: Come Nasce la Cartografia del … – Scintilena https://www.scintilena.com/mappe-dalloscurita-come-nasce-la-cartografia-del-mondo-sotterraneo/08/15/
[4] Mappe o Capolavori? Scopri come il Rilievo Speleologico si … https://www.scintilena.com/mappe-o-capolavori-scopri-come-il-rilievo-speleologico-si-trasforma-in-inaspettata-arte/08/13/
[5] Polo Nord magnetico in viaggio verso la Siberia – Scintilena https://www.scintilena.com/polo-nord-magnetico-in-viaggio-verso-la-siberia-la-deriva-che-riscrive-le-mappe-della-terra/03/10/
[6] Creare mappe 3D delle grotte con il tuo smartphone – Scintilena https://www.scintilena.com/creare-mappe-3d-delle-grotte/06/09/
[7] Scanner 3D e Droni: la rivoluzione della cartografia digitale grotte https://www.scintilena.com/scanner-3d-e-droni-la-rivoluzione-della-cartografia-digitale-grotte/10/05/
[8] Charlotte, il Nuovo Strumento Open Source per il Rilievo delle Grotte https://www.scintilena.com/innovazione-nella-speleologia-charlotte-il-nuovo-strumento-open-source-per-il-rilievo-delle-grotte/08/13/
[9] IL RILIEVO DELLE GROTTE : LA PIANTA https://www.valtline.it/Ivo/grotte/Rilievo.htm
[10] Il rilievo topografico ipogeo con software cSurvey – Scintilena https://www.scintilena.com/il-rilievo-topografico-ipogeo-con-software-csurvey/06/08/
[11] Tecniche di rilievo in grotta webinar sul cSurvey con Federico … https://www.scintilena.com/tecniche-di-rilievo-in-grotta-webinar-sul-csurvey-con-federico-cendron/11/22/
[12] CaveWhere: rilievo speleo 3D per tutti – Scintilena https://www.scintilena.com/cavewhere-rilievo-speleo-3d-per-tutti/05/05/
[13] Lidar e Geomatica nel rilievo 3D delle grotte https://www.youtube.com/watch?v=i1Ut2ziimWo
[14] Mappe sotterranee al servizio della sicurezza: quando la cartografia … https://www.scintilena.com/mappe-sotterranee-al-servizio-della-sicurezza-quando-la-cartografia-delle-grotte-diventa-strumento-di-prevenzione/10/06/
[15] Il Catasto Speleologico Regionale: uno strumento essenziale per la … https://www.scintilena.com/il-catasto-speleologico-regionale-uno-strumento-essenziale-per-la-tutela-delle-grotte/02/15/
[18] Indagini sulle necropoli etrusche nel parco archeologico di Baratti e Populonia. Integrazione di strumenti avanzati per il rilievo metrico 3D e la rappresentazione dei dati in ambiente cartografico tramite strumenti GIS. https://www.semanticscholar.org/paper/e1f7bd7f04f0a3507ef238851edb6f83fd2d7d20
[19] UNDERGROUND HERITAGE DOCUMENTATION: THE CASE STUDY OF GROTTA ZINZULUSA IN CASTRO (LECCE-ITALY) https://isprs-archives.copernicus.org/articles/XLVIII-M-2-2023/1527/2023/isprs-archives-XLVIII-M-2-2023-1527-2023.pdf
[20] Between history, work and passion: medieval castle, mud volcanoes and Ferrari https://iris.unimore.it/bitstream/11380/1067632/1/2015Sciarraetal.GFTsalse.pdf
[21] Reconstruction of the structural setting of the north-eastern side of the high Agri Valley (Southern Apennines, Italy) based on detailed field mapping https://www.tandfonline.com/doi/pdf/10.1080/17445647.2023.2257729?needAccess=true
[22] Litho-structure of the Oltrepo Pavese, Northern Apennines (Italy) https://www.tandfonline.com/doi/pdf/10.1080/17445647.2019.1604438?needAccess=true
[23] Applying SLAM-Based LiDAR and UAS Technologies to Evaluate the Rock Slope Stability of the Grotta Paglicci Paleolithic Site (Italy) https://www.mdpi.com/2624-795X/5/2/24/pdf?version=1716630198
[24] Geosites and geological landscapes of Liguria (Italy) https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/17445647.2022.2145919
[25] Deep-seated gravitational slope deformation involving glacial evidence in the Rodoretto Valley (NW Alps) https://www.tandfonline.com/doi/pdf/10.1080/17445647.2021.1996476?needAccess=true
[26] Archeologia dell’edilizia storica e costruzione del documento archeologico. Problemi di popolamento mediterraneo. I. Un’archeologia del costruito per la storia del territorio medievale https://www.openaccessrepository.it/record/61640/files/fulltext.pdf
[27] Speleologia Subacquea Sotto Carsoli c’è un “mondo sommerso” https://www.scintilena.com/speleo-subacquea-della-sotto-carsoli-ce-un-mondo-sommerso-oltre-30-speleologi-sfidano-il-sifone-finale-della-grotta-grande-dei-cervi/01/25/
[28] Tecnologia Speleologica: I Nuovi Strumenti per Esplorare le Grotte https://www.scintilena.com/tecnologia-speleologica-i-nuovi-strumenti-per-esplorare-le-grotte/08/21/
[29] Minotaur: rivoluzione nella mappatura speleosubacquea – Scintilena https://www.scintilena.com/minotaur-rivoluzione-nella-mappatura-speleosubacquea/09/01/
[30] Mappatura grotte con sensori RGB-D: prototipi, sviluppi … – Scintilena https://www.scintilena.com/mappatura-grotte-con-sensori-rgb-d-prototipi-sviluppi-e-applicazioni-pratiche/07/27/
[31] Aria Sotterranea e Vuoti Irraggiungibili: Il Viaggio del Vento nella … https://www.scintilena.com/aria-sotterranea-e-vuoti-irraggiungibili-il-viaggio-del-vento-nella-montagna-di-santa-croce/01/06/
[32] Cave-PY: il Plugin QGIS per Analizzare i Livelli delle Grotte Carsiche https://www.scintilena.com/cave-py-il-plugin-qgis-per-analizzare-i-livelli-delle-grotte-carsiche/08/07/
[33] Scansione 3D accessibile con Raspberry Pi per esplorazioni e rilievi … https://www.scintilena.com/pilidar-scansione-3d-accessibile-con-raspberry-pi-per-esplorazioni-e-rilievi-speleologici/04/26/
[34] Scansione 3D in Grotte con iPhone 13 Pro LiDAR: Metodi e Consigli https://www.scintilena.com/scansione-3d-in-grotte-con-iphone-13-pro-lidar-metodi-e-consigli/01/26/
[35] Quando la Cartografia Speleologica Diventa Arte – Scintilena https://www.scintilena.com/quando-la-cartografia-speleologica-diventa-arte-mappe-sotterranee-tra-scienza-e-bellezza/10/06/
[36] Cartografia delle grotte e delle caverne https://www.scintilena.com/cartografia-delle-grotte-e-delle-caverne/03/17/
[37] Nuove frontiere della documentazione speleologica: LiDAR iPhone e rilievo ipogeo – PRIMA PARTE https://www.youtube.com/watch?v=m13HwdcOV98
[38] Modelli 3D, 3D models – https://www.speleotoscana.it/3d/
[39] TopografiaIpogea – Rilievo di Grotta https://sites.google.com/site/topografiaipogea/home/riievo-in-grotta
[40] Nuove frontiere della documentazione speleologica: LiDAR iPhone e rilievo ipogeo – SECONDA PARTE https://www.youtube.com/watch?v=VMe36GvSDIk
[41] i rilievi tecnici :: IL PRESEPIO NELL’ ANTICA MINIERA DELLA … https://il-presepio-nell-antica-miniera-della-zolfatara.webnode.it/i-rilievi-tecnici/
[42] TOPOGRAFIA SPELEOLOGICA – GENERALITA’ https://www.boegan.it/2010/12/topografia-speleologica/
[43] Grotte in 3D – EP01 – Quale software usare per gestire le nuvole di punti di un rilievo speleologico https://www.youtube.com/watch?v=UiGda9FTct4
[44] [PDF] Quaderni SSI 03 – Il Rilievo delle Grotte – Speleologia https://www.speleo.fvg.it/index_htm_files/Quaderni%20SSI%2003%20-%20Il%20Rilievo%20delle%20Grotte.pdf
[45] Prontuario https://bergamo3.it/download/manuali-tecniche/topografia/Manuale%20-%20Topografia.pdf
[46] Corso di rilievo speleologico con Lidar e CloudCompare https://www.scintilena.com/corso-di-rilievo-speleologico-con-lidar-e-cloudcompare-iscrizioni-chiuse-per-il-tutto-esaurito/02/26/
[47] Contributi per il patrimonio rupestre: da una piccola esperienza di rilievo alcune questioni di metodo. Research for rupestrian heritage: from a little survey experience to methodological issues https://www.semanticscholar.org/paper/a467a0e1cae3692618583fd8ec7446e9d717646a
[48] Tecniche di rilievo arboreo per la creazione di una base geometrica per il sistema informativo spaziale del castello e del parco di Racconigi https://www.semanticscholar.org/paper/d6c435780e3c486dbdcbefe06f28292dc7b767f7
[49] Percezione e comunicazione visiva dei tre Monti Sacri: Monte S. Angelo, Mont Saint-Michel, Sacra di San Michele, attraverso il loro confronto simbolico e iconografico https://www.semanticscholar.org/paper/fee6688ee0d3f2e50726defae13136eef262d836
[50] Studio di alcuni sistemi di rette considerati come superficie dello spazio a cinque dimensioni https://zenodo.org/record/2247325/files/article.pdf
[51] Il catasto speleologico – Scintilena https://www.scintilena.com/il-catasto-speleologico/03/17/
[52] Corso di II livello SSI: rilievo topografico ipogeo con software … https://www.scintilena.com/corso-di-ii-livello-ssi-rilievo-topografico-ipogeo-con-software-csurvey-a-dicembre-a-vicenza/11/07/
[53] Corso cSurvey a Monfalcone (GO) – Scintilena https://www.scintilena.com/corso-csurvey-a-monfalcone-go/05/12/
[54] Straordinaria Esplorazione Speleologica oltre i sifoni di Sa Rutta ‘e … https://www.scintilena.com/sedera-the-main-river-nuove-frontiere-dellesplorazione-speleologica-oltre-i-sifoni-di-sa-rutta-e-sedera/07/31/
[55] L’importanza del catasto Speleologico – Scintilena https://www.scintilena.com/limportanza-del-catasto-speleologico-uno-strumento-multidisciplinare-per-la-tutela-del-territorio/01/25/
[56] Grotta: un viaggio nel cuore della Terra tra scienza, avventura e … https://www.scintilena.com/grotta-un-viaggio-nel-cuore-della-terra-tra-scienza-avventura-e-mistero/05/27/
[57] LiDAR iPhone e CloudCompare: a Nervesa il corso che … – Scintilena https://www.scintilena.com/lidar-iphone-e-cloudcompare-a-nervesa-il-corso-che-porta-il-rilievo-3d-in-grotta-nello-smartphone/02/13/
[58] Dalle Leggende al Metodo Scientifico: La Speleologia … – Scintilena https://www.scintilena.com/dalle-leggende-al-metodo-scientifico-la-speleologia-nel-rinascimento/01/22/
[59] Rilievo in grotta http://www.bepoglace.eu/speleo/sp_ril.html
[60] [PDF] rilievo topografico di una cavita – Gruppo Speleologico Sacile https://www.speleosacile.it/Prontuario2.pdf
[61] RILIEVO TOPOGRAFICO IPOGEO CON SOFTWARE … http://www.speleologiaveneta.it/index.php/item/rilievo-topografico-ipogeo-con-software-csurvey
[62] 4.C Le mappe di grotta – Appunti Speleo http://marcocorvi.altervista.org/caving/TTSP50/m_04/m_04c.htm
[63] [PDF] cSurvey http://csurvey.it/download/csurvey.pdf
[64] Microsoft PowerPoint – rilievo speleo_FST http://www.speleotoscana.it/3/wp-content/uploads/2020/06/Concetti-base-del-rilievo-speleologico_L.Piccini_2020.pdf
[65] [PDF] Le grotte turistiche e la protezione dell’ambiente – OpenstarTs https://www.openstarts.units.it/server/api/core/bitstreams/9462bc96-e9da-481c-9a99-3471f5168d95/content
[66] Esportazione verso Therion https://csurvey.it/forum/index.php?topic=26.0