IL CONTROLLO DEI GNSS SYSTEMS IN REAL TIME KINEMATIC CON LE NUOVE NORME ISO :2007

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1 IL CONTROLLO DEI GNSS SYSTEMS IN REAL TIME KINEMATIC CON LE NUOVE NORME ISO :2007 Lorenzo LEONE (*), Daniela LAUDANI FICHERA (**) Marco LEONE (***), Giueppe PULVIRENTI (****) (*) Dipartimento di Ingegneria Civile ed Ambientale Facoltà Ingegneria Catania Viale Andrea Doria, Catania, telefono , fax , lleone@dica.unict.it (**) Dottoranda Dipartimento di Ingegneria Civile ed Ambientale Facoltà Ingegneria Catania Viale Andrea Doria, Catania, telefono , dlaudani@dica.unict.it (***) Ingegnere libero profeionita Product Specialit CAD GIS Piazza L. Arioto, Catania, telefono , ing.leone@gmail.com (****) Cultore di materia Dipartimento di Ingegneria Civile ed Ambientale Facoltà Ingegneria Catania Viale Andrea Doria, Catania, telefono , , ing.gpulv@tin.it Sommario Nel preente lavoro, ulla bae di una erie di prove perimentali, è tata eeguita un analii critica dei riultati e delle procedure operative per il controllo dei GNSS ytem in RTK indicate dalle recenti norme ISO , al fine di tetarne l applicabilità nell ambito delle problematiche di controllo della trumentazione diponibile. Il tema di grande attualità, principalmente nei itemi di getione della qualità che richiedono la verifica programmata della trumentazione da utilizzare, conente di definire un approccio metodologico corretto per tetare la preciione del itema nella compleità delle condizioni operative. Al fine di verificare la poibilità di applicazione pratica delle procedure indicate dalle uddette norme, ono tate eeguite delle prove perimentali econdo le due procedure implified e full. Dall eperienza diretta eeguita i è di fatto evidenziato la reale applicabilità delle tee ia a livello operativo che di elaborazione dei tet di verifica. Non eendo, inoltre, neceario diporre di uno pecifico campo prova le procedure indicate riultano adeguate all uo nella pratica profeionale. Abtract In the preent job, on the bae of a erie of experimental tet, a critical analyi of the reult and the operational procedure ha been performed for the control of the GNSS ytem in RTK pointed out by the recent norm ISO , with the purpoe to make a will it applicability within the problem lit of control of the available intrumentation. The theme, of great actuality, mainly in the ytem of management of the quality that ak for the verification programmed of the intrumentation by to ue, it allow to define an approach methodological correct to make a will the preciion of the ytem in the complexity of the operational condition. With the purpoe to verify the poibility of practical application of the procedure pointed by the aforeaid norm, you are been performed ome experimental tet according to the two procedure implified and full. From the direct experience performed him it i of a done underlined the real applicability of the ame i to operational level that of elaboration of the tet of verification. Not being, beide, neceary to have a pecific training job the uitable procedure they reult uitable to the ue in the profeional practice. Le norme ISO e le problematiche di controllo della trumentazione diponibile L oggetto del preente lavoro è un analii critica delle procedure operative previte dalle norme ISO per il controllo dei GNSS Sytem in RTK e dei relativi riultati coneguibili ulla bae di una campagna di prove perimentali. L obbiettivo è di tetarne l applicabilità nell ambito delle problematiche di controllo della trumentazione diponibile nell uo profeionale e di ricerca. Il 1323

2 tema i dimotra di grande attualità, principalmente nell applicazione a livello aziendale di Sitemi e una verifica tet programmata della trumentazione poeduta da utilizzare, coì da garantire definiti tandard operativi in termini di preciione coneguibile e di affidabilità dei riultati ottenuti. Pertanto, la definizione di un approccio metodologico corretto per verificare la uddetta preciione del itema ripetto a quella dichiarata, pur nella compleità delle differenti condizioni operative, cotituice di fatto l apetto più intereante del riferimento alle Norme ISO In tal eno, come già epreo in precedenti lavori, i aupica che la necearia certificazione poa di fatto riferiri a procedure codificate a livello internazione,come quelle indicate dalle norme ISO in oggetto, in modo tale da cotituire la bae comune per il controllo periodico del normale funzionamento della trumentazione. Nel cao in eame la Norma ISO , pubblicata in forma definitiva in data 29/08/2007, appartiene alla famiglia delle Norme ISO che i occupano dei tet di verifica previti per le trumentazioni di rilievo. Altri lavori degli criventi hanno avuto già per oggetto l analii dell applicabilità delle procedure indicate dalle Norme ISO :2001 ed ISO :2001 per i teodoliti ed i ditanziometri elettro ottici. Le concluioni di tali tudi hanno evidenziato che, per la tipologia delle grandezze da timare, le procedure indicate ono riultate poco praticabili, e non facendo ricoro alla realizzazione di un campo prova, opportunamente predipoto, ma di difficile attuazione e getione. Invece le Norme ISO per il controllo dei itemi GNSS in RTK, genericamente commentate e ricontrate in un precedente lavoro preentato in occaione di ASITA 2007, riultano icuramente più praticabili, eendo necearia una ola bae da materializzare come riferimento per le prove perimentali. D altra parte la procedura propota mira, nella conapevolezza della complea influenza delle condizioni ambientali, di tramiione dati e di ricezione atellitare, a indurre come prai operativa di tetare la trumentazione diponibile direttamente nell area oggetto di rilievo. Non i rende quindi neceario un campo prova trutturato, ma è ufficiente per la creazione della bae di riferimento l uo della normale trumentazione topografica (miura di ditanza e dilivello tra punti con preciione millimetrica). Le prove perimentali Le prove perimentali, da eeguire, come già epreo, poibilmente nell area oggetto di futuro rilievo, enza ricorrere ad un vero e proprio campo prova, ono tate programmate all interno della Cittadella Univeritaria di Catania ed all eterno con diveri poizionamenti nell ambito della tea provincia. La celta del ito della Cittadella Univeritaria è tata ovviamente dettata dalle condizioni di acceibilità e dalla poibilità di utilizzare come tazione mater la tazione permanente CT01- RTCM05 del nodo di Catania della rete di tazioni permanenti VRS Sicilia getita dalla CGT di Palermo. In tale ito ono tati eeguiti tutti i tet di verifica previti dalle norme ISO per il itema GNSS RTK, nella configurazione tradizionale che prevede la coppia di trumenti nelle funzioni di mater/rover e dei quali i riportano i riultati coneguiti nel preente lavoro. Per l etenione dei tet ai rilievi RTK con appoggio ad una rete di tazioni permanenti, ono ancora in coro le miure programmate in divere aree della provincia di Catania, celti in funzione della configurazione della rete VRS Sicilia, utilizzata come riferimento. La trumentazione utilizzata nelle prove eeguite, in dotazione del Dipartimento di Ingegneria Civile ed Ambientale dell Univerità di Catania,è cotituita da: Stazione Totale Trimble S6; Lettura di angoli rioluzione tandard 1 Miurazione della ditanza preciione modo prima tandard +(3mm + 2ppm) Ricevitore GPS Trimble 5800; rilevamento GPS Cinematico in tempo reale: orizzontale +(10mm + 1ppm) RMS, verticale +(20mm + 1ppm) RMS Stazione GPS Permanente CT01-RTCM05 (lat Long H m), ubicata nella Facoltà di Ingegneria dell Univerità di Catania ed appartenente alla rete VRS Sicilia CGT/Aogeo ed avente le eguenti caratteritiche: Ricevitore GPS geodetico a doppia frequenza NetRS con Antenna modello Zephyr 1324

3 La necearia bae di controllo indicata dalla norma ISO in oggetto di lunghezza comprea tra 2 e 20,000 m., da miurare con preciione millimetrica,è tata materializzata in un area a parcheggio della città univeritaria, facilmente acceibile e libera da otacoli. Per maggiore approfondimento nella valutazione dei riultati, invece di una ola bae di riferimento, i è preferito operare u tre punti prefiati, in modo da diporre comunque di due tratti di lunghezze vicine ai valori limiti indicate dalla norma in direzione preoché ortogonale. Eeguite le miure con l uo della Stazione Totale tazionando ui tre punti, e dopo il claico rigoroo trattamento dei dati, ono tate determinate con la preciione richieta le ditanze e i dilivelli da aumere come riferimento. Determinate le bai di riferimento, i è proceduto all eecuzione dei tet nelle due modalità previte emplificata e completa. In particolare i è partiti da quella emplificata utilizzando la trumentazione GPS diponibile con la normale attrezzatura a corredo previta per il rilevamento in RTK coì da operare conformemente alla indicazioni tecniche fornite dalle cae cotruttrici per il raggiungimento delle preciioni dichiarate e quindi attee. Bae rif. Ditanza m Dilivello m Limitatamente alla procedura emplificata, è tato eeguito il tet anche utilizzando l appoggio alla rete VRS Sicilia, getita dalla CGT di Palermo. La trumentazione utilizzata infatti di tipo integrato, conente di potere operare ia in modalità RTK claica, ia di poter getire dati RTCM attravero un collegamento GSM o Lan e quindi di poter ricevere in tempo reale le correzioni da una tazione mater virtuale ubicata in proimità della tea. Nella modalità emplificata, come indicato dalle tee norme, è tata eeguita una ola erie di miure cotituita da 5 et di miure intervallati ognuno di 5 minuti per compleivi 25 minuti in modo tale da tenere conto della variazione di ciclo di una tipica influenza multipath che è di quai 20 minuti.la coneguente verifica ulla bae dei dati ottenuti riulta abbatanza immediata in quanto valutati gli carti delle grandezze dai valori di riferimento bata ricontrare il ripetto delle eguenti diuguaglianze : Figura 03: Strumentazione utilizzata per l eecuzione delle prove Figura 01: Strumentazione per l eecuzione delle miure di riferimento Figura 02: Tracciamento vettori rilievo GPS in eecuzione RTK e Di, j 2,5 x 2 x xy [1] e hi, j 2,5 x 2 x h [2] 1325

4 dove xy ed h ono i valori della deviazione tandard predeterminata attravero la procedura completa o in bae ai valori indicati dal cotruttore. Nel cao in eame, nonotante i valori di deviazione tandard iano tati ucceivamente determinati con lo viluppo della procedura completa, i ono adottati come riferimento iniziale, quelli dedotti dalle pecifiche tecniche indicate dal cotruttore. In tal eno i valori di xy ed h, calcolati a partire dalle preciioni di poizionamento orizzontale e verticale delle pecifiche tecniche in modalità RTK, ono tati determinati in: xy = +/-15mm ed h= +/-28mm. Nella tabella che egue ono riportati quindi, nel cao della procedura emplificata, i valori di riferimento del range entro cui dovranno ricadere gli carti ulle miure in orizzontale e verticale. Rel. n [1] e [2] xy(mm) h (mm) +/- 53 +/- 99 Fig. 04: Tabella dei limiti per ciacun carto Di eguito i riportano i riultati ottenuti dall elaborazione della procedura emplificata in modalità RTK claica e VRS. In entrambi i cai gli carti ripetto ai valori di riferimento ono riultati ampiamente contenuti entro i limiti determinati. Ciò ha di fatto ecluo la preenza di eventuali errori groolani, enza la poibilità di eeguire valutazioni di tipo tatitico. PROCEDURA SEMPLIFICATA MODALITA RTK D* rif. Bae Dj Dij Dj Dij Dj Dij Dj Dij Dj Dij 5, , , , , , /-53mm 19, , , , , , /-53mm 19, , , , , , /-53mm 0,054 Dil1-2 0, , , , , /-99mm 0,319 Dil1-3 0, , , , , /-99mm 0,265 Dil2-3 0, , , , , /-99mm PROCEDURA SEMPLIFICATA MODALITA RTK-VRS D* rif. Bae Dj Dij Dj Dij Dj Dij Dj Dij Dj Dij 5,391 Dit1-2 5, , , , , /-53mm 19,209 Dit1-3 19, , , , , /-53mm 19,471 Dit2-3 19, , , , , /-53mm 0,054 Dil1-2 0, , , , , /-99mm 0,319 Dil1-3 0, , , , , /-99mm 0,265 Dil2-3 0, , , , , /-99mm Nella procedura completa il rilievo GPS è tato eeguito olo in modalità RTK claica ed in particolare ono tate effettuate 3 erie di miure intervallate da un periodo di 90 minuti coì da tenere preente le influenze dovute alle variazioni della configurazione dei atelliti e delle condizioni ionoferiche e tropoferiche 1326

5 Fig 06: Semina dei punti 1) e 2) derivati dalla procedura completa in eecuzione RTK Con riferimento a quet ultima procedura, i dati ottenuti ono tati viluppati, econdo le indicazioni fornite dalla tea norma ISO, in modo tale da determinare le deviazioni tandard perimentali, econdo le relazioni: x r v 2 x x y r v 2 y y dove r x, r y ed r h ono gli carti che intercorrono tra le coordinate N,E,H dei ingoli punti di controllo ed i corripettivi valori medi determinati ulla bae delle 15 miure effettuate, mentre: v x = v y =v h = (m x n 1) x p = 28 ono i gradi di libertà del itema (m=3; n=5; p=2) h r v h 2 h [3] PROCEDURA COMPLETA MODALITA RTK 1 erie D* rif. Bae Dj Dij Dj Dij Dj Dij Dj Dij Dj Dij Limti 5,391 Dit1-2 5, , , , , /-40mm 19,209 Dit1-3 19, , , , , /-40mm 19,471 Dit2-3 19, , , , , /-37mm 0,054 Dil1-2 0, , , , , /-33mm 0,319 Dil1-3 0, , , , , /-34mm 0,265 Dil2-3 0, , , , , /-26mm 2 erie D* rif. Bae Dj Dij Dj Dij Dj Dij Dj Dij Dj Dij Limti 5,391 Dit1-2 5, , , , , /-40mm 19,209 Dit1-3 19, , , , , /-40mm 19,471 Dit2-3 19, , , , , /-37mm 0,054 Dil1-2 0, , , , , /-33mm 0,319 Dil1-3 0, , , , , /-34mm 0,265 Dil2-3 0, , , , , /-26mm 3 erie D* rif. Bae Dj Dij Dj Dij Dj Dij Dj Dij Dj Dij Limti 5,391 Dit1-2 5, , , , , /-40mm 19,209 Dit1-3 19, , , , , /-40mm 19,471 Dit2-3 19, , , , , /-37mm 0,054 Dil1-2 0, , , , , /-33mm 0,319 Dil1-3 0, , , , , /-34mm 0,265 Dil2-3 0, , , , , /-26mm 1327

6 Succeivamente ono tate calcolate le ISO tandard deviation ISO_GNSS RTK_xy e ISO_GNSS RTK_h in funzione di x, y ed h, come riportato ed indicate in fig. 05: 2 2 ISO_GNSS RTK_xy = y x [4] ISO_GNSS RTK_h = h [5] ISO_GNSS RTK_xy ISO_GNSS RTK_h Bae di rif. Rel.n.1 Rel.n /- 40mm /- 33mm /- 37mm /- 26mm /- 40mm /- 34mm Fig.05: Tabella delle deviazioni tandard perimentali Ottenuti i valori delle ISO tandard deviation, è poibile quindi eeguire i eguenti tet tatitici, che, di fatto, cotituicono la verifica trumentale pereguita in termini di preciione e riproducibilità delle miure: Queito A) Verificare e la deviazione tandard perimentale ISO_GNSS RTK_xy è minore o uguale al valore indicato dal cotruttore o ad un prefiato valore di xy.. Queito B) Verificare e la deviazione tandard perimentale ISO_GNSS RTK_h è minore o uguale al valore indicato dal cotruttore o ad un prefiato valore h. L analii e lo viluppo dei valori ricavati nello volgimento della procedura completa ono riaunti nella tabella in precedenza riportata. Anche in queto cao notiamo come le differenze che intercorrono con le bai di riferimento rientrano nelle tolleranze tabilite. La verifica dei tet tatitici A) e B) è riportata nella tabella eguente coniderando quale valori aoluti della deviazione tandard quelli indicati dal cotruttore.( xy=15mm, h. =28mm) Bai di Rif Eito Poitivo Poitivo Poitivo La procedura completa nella modalità opra indicata, è tata ucceivamente ripetuta in un differente periodo, per ripondere ai queiti di tipo C) e D) della norma. I valori delle miure non vengono riportati per brevità, ma anche per queti tet, i riultati ono da coniderari poitivi. Concluioni L applicazione diretta delle procedure operative previte dalla norma ISO :2007, ha meo in rialto una metodologia operativa ufficientemente emplice e quindi adeguata all uo nella pratica profeionale. L eecuzione di tali prove può quindi eere utilizzata per le verifiche programmate della trumentazione diponibile in modo tale da certificarne, ai fini di una corretta za agli tandard di preciione indicati dal cotruttore. Ai fini profeionali le metodologie trattate poono eere utili al tecnico per tetare la reale preciione della propria trumentazione coneguibile nell area oggetto di rilievo. La procedura emplificata, occupando un tempo di eecuzione notevolmente ridotto (circa 30 minuti), i preta 1328

7 meglio ad una più emplice ed agevole operazione di generale verifica trumentale. L eecuzione, invece, della prova completa, riulta più impegnativa ma e, opportunamente pianificata, non dovrebbe uperare le cinque ore per i tet tatitici A) e B), alle quali i aggiunge la tempitica legata alla determinazione della bae di riferimento. Prova da ripetere in un periodo ucceivo, per i tet tatitici C) e D). A livello di valutazione dei riultati coneguiti nelle prove eeguite, riulta confermata l ottimo poizionamento ottenuto ia planimetrico ed altimetrico ampiamente entro i limiti di preciione attei indicati dalla cae cotruttrici. Bibliografia ISO :2007 Optic and Optical Intrument. Field procedure for teting geodetic and intrument - Part 8: GNSS field meaurement ytem in real time kinematic (RTK). Dardanelli G., Franco V., Lo Brutto M. (2007), La rete perimentale di tazioni permanenti GNSS della Sicilia Occidentale per il poizionamento in tempo reale, Atti Convegno Nazionale SIFET De Agotino M., Manzino A., Roggero M. (2007), Repertorio delle tazioni GNSS in Italia, controllo di qualità e monitoraggio dei dati, Atti Convegno Nazionale SIFET. Leone L., Laudani Fichera D. (2007), Analii e valutazione delle Field Procedure per il controllo dei GNSS Sytem in RTK nell ambito delle nuove norme ISO , Atti 11 Conferenza Nazionale ASITA Leone L., Laudani Fichera D. (2005), I tet di verifica previti dalle norme ISO per le trumentazioni elettroniche di rilievo topografico, Atti Convegno Nazionale SIFET 1329

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