Il rilievo GPS e il posizionamento in tempo reale

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1 Primo Corso Regionale in Lombardia su Servizi GPS di Posizionamento per il Territorio e il Catasto Il rilievo GPS e il posizionamento in tempo reale Giovedì 16 Febbraio 2006 prof.. Giorgio Vassena

2 Schema di posizionamento 2 assoluto La tua posizione è: 37 o 23,323 Nord 122 o 02,162 Ovest

3 Metodi di posizionamento GPS classificazione di base 3 Assoluto (navigazionale) 1 ricevit. Real Time Relativo solo codice (DGPS) 2+ ric. Real Time Post processato Relativo Codice + Fase 2+ ric. Real-Time - (RTK) Post Processato

4 Posizionamento autonomo in tempo reale Posizione calcolata ad ogni epoca o mediata su più epoche 4 Utilizza solo Codice Uscita posizione in NMEA (compare nella posizione file RINEX) Applicazioni navigazionali <15 m

5 Posizionamento relativo STATICO o CINEMATICO TEMPO REALE O POST PROCESSATO E necessario avere almeno 2 ricevitori GPS attivi contemporaneamente 5 Si calcola il valore della base cioè della posizione relativa tra due ricevitori GPS La base è assimilabile al vettore nello spazio che collega le due antenne e dunque fornisce un informazione anche di orientamento nello spazione e NON SOLO di distanza

6 3 Metodi di rilevamento 6 STATICO (STATICO RAPIDO o FASTSTATIC) (post processato) Statico impiegato per: controllo geodetico; rilevamento di alta precisone. Rapido Statico impiegato per: progettazione; controllo secondario CINEMATICO POST PROCESSATO Rilevamento topografico; Fotogrammetria; GIS. CINEMATICO RTK (REAL TIME KINEMATIC) Rilevamento topografico; Tracciamento di strutture; Rilevamento catastale; Controllo fotogrammetrico.

7 7 I 3 metodi sono accomunati dalla stessa esigenza di accuratezza, che è di livello CENTIMERICO (2-3 3 cm) In tutti i 3 casi è necessario risolvere l ambiguità intera di fase.

8 L ambiguità intera 8 Dl = N = Parte frazionaria di una lunghezza d onda Ambiguità intera N λ La risoluzione dell ambiguità intera di fase consente il posizionamento di livello centimetrico Risolvere l ambiguità di fase è lo scopo dell INIZIALIZZAZIONE

9 Misura di fase 9 λ Misura della portante di fase continua

10 10 Rilevamento statico

11 Requisiti per il rilievo statico 11 Almeno 4 satelliti che rispettino alcune condizioni

12 12 Si desideri conoscere la posizione di 4 vertici - Almeno un vertice di coord note - Scelta dei vertici con buona visuale a sud - Planning prima della misura - Evitare il rischio di zone esposte al rischio di multipath

13 13

14 14 baseline

15 Attenzioni operative 15 - Sampling rate comune (15-30 sec) - Definizione dell angolo di cut off - Verifica continua del DOP (Diluition of Precision) - Modalità univoca di misura della altezza della antenna (registrata anche manualmente) - Attenzione alla acquisizione contemporanea - Segnare il nome punto e lo strumento s/n per ogni sessione - Ad ogni sessione di misura riposizionare lo strumento variando l altezza dell antenna - E possibile risolvere n-1 basi dove n è pari al numero di ricevitori attivo contemporaneamente

16 16 PRIMA SESSIONE - Ad esempio 20 - Supponiamo di poter disporre di 4 ricevitori - 3 basi indipendenti

17 17 SECONDA SESSIONE - Ad esempio 20 - Supponiamo di poter disporre di 4 ricevitori - 3 nuove basi indipendenti

18 RETE FINALE QUADRILATERO TRILATERATO 18-6 BASI INDIPENDENTI - Nome file riconoscibile dal ser.n dello strumento - 3 basi ridondanti - Comp. a mimini quadrati Verifica empirica di chiusura dei poligoni chiusi in X, Y e Z

19 Rilevamento statico 19 L ambiguità intera di fase viene risolta nel software di elaborazione Il tempo di occupazione è fondamentale per risolvere l ambiguità intera di fase I tempi di occupazione dipendono dal tipo dal ricevitore, dalla lunghezza della baseline, dalla geometrica satellitare e da eventuali sorgenti di multipath.

20 Rilevamento Statico Rapido 20 L1 L1 e L2 Tempi consigliati di occupazione: 20 min SVs 8 min SVs 25 min - 5 SVs 15 min - 5 SVs 30 min - 4 SVs 20 min - 4 SVs Ricevitori L1 (singola frequenza) dovrebbero esere usati solo per baseline inferiori a 10 km Se una stazione presenta multipath inevitabile il tempo di osservazione deve essere maggiore Per baseline sopra 15 km è opportuno usare tempi di osservazione più lunghi. Un ora è normale, a meno che la baseline sia superiore a 40 km; in tal caso adottare tempi di osservazione più lunghi.

21 21 Rilevamento cinematico in tempo reale RTK - DGPS

22 Componenti del sistema RTK 22 GPS Antenna Controller Ricevitore Tutti i componenti devono essere presenti per entrambe le stazioni (base e mobile) GSM/GPRS Modem o Radio Modem + Antenna

23 Requisiti Real Time Kinematic 23 Almeno 5 satelliti comuni Tempo di occupazione = 1-30s DOPO l inizializzazione

24 ATTENZIONI OPERATIVE 24 - Struttura a stazione base (master) e ricevitore mobile (rover) - La stazione base può essere composta da una staz permanente - E necessaria la comunicazione tra i 2 ricevitori - In fase di misura viene ricevuta la correzione diff. dal rover - Si registrano le coordinate calcolare in tempo reale dal rover - Sono possibili errori grossolani nel calcolo della posizione

25 ATTENZIONI OPERATIVE 25 - Il segnale di correzione differenziale RTCM deve essere opportunamente selezionato - Attenzione a non confondere il tempo di inizializzazione dai tempi di collegamento propri della telefonia mobile - Alcuni operatori che lavorano i roaming sono sconsigliati - Attenzione alla quota strumentale - Applicare correttamente i parametri di trasformazione per muoversi nel DATUM corretto - Effettuare sempre verifiche sul campo

26 Rilevamento RTK 26 Baseline inferiori a 10 km (single base) a meno che si operi con un segnale proveniente da servizi di rete su base regionale E necessaria l inizializzazione prima di acquisire dati. Dopo l inizializzazione l accuratezza è centimetrica. In caso di perdita di inizializzazione,, è necessario riguadagnarla prima di proseguire

27 Inizializzazione RT On-The The-Fly 27 Il rilevamento si svolge mentre il sistema è in modalità FIXED Richiede 5 satelliti in vista per entrambi i ricevitori L elaboratore si avvale di una combinazione di dati L1 e L2 Ricevitori Doppia Frequenza

28 Caso critico: perdita di 28 comunicazione radio con la base

29 Soluzione 1: Alzare l antenna Radio 29

30 Soluzione 2: Posizionare un ripetitore 30

31 Soluzione 3: Passare alla modalità mista che consente l acquisizione contemporanea dei dati per post-processamento processamento (PPK) 31

32 Soluzione 4: Usare un collegamento alternativo 32 Telefonico GSM / GPRS Via Internet (Ntrip( o direttamente su IP) Collegarsi ai servizi di posizionamento regionali!!

33 Metodo della calibrazione 33 al fine di agganciarsi a sistemi di riferimento locale Sistema della calibrazione -Il ricevitore o il software richiedono di inserire le coordinate di almeno 4 vertici noti nel sistema locale - Viene calcolata la trasformazione con variazione di scala e con gli scarti della trasformazione

34 Calibrazione Planimetrica 34 Almeno 3 vertici di controllo 5 punti raccomandati = GPS observation = Control Point

35 Rotazione 35

36 Traslazione 36

37 Scala 37

38 Scarti 38 Scarto

39 39 TRACCIAMENTO Approccio molto utile e produttivo nel caso di dover operare in operazioni di tracciamento o di aggancio a sistemi locali di riferimento

40 Requisiti PP Kinematic 40 Almeno 5 satelliti comuni Tempo di occupazione = 1-30s DOPO l inizializzazione

41 PP Kinematic Surveys 41 Baseline ideali inferiori a 15 km E necessario acquisire dati a sufficienza per permettere la soluzione dell ambiguità di fase all interno del software di elaborazione Mentre si è in campagna, l inizializzaizone non corrisponde ad una accuratezza centimetrica

42 Processo di Calibrazione 42 Horizontal Adjustment Rotazione Traslazione Scala

43 43 Esempi - Applicazioni

44 44 Inserimento cartografico di pozzi piezometrici in sito inquinato.

45 Problemi di trasformazione di coordinate per orientare un rilievo GPS in un sistema locale di coordinate rettilinee

46 TRACCIAMENTO DEI PUNTI DI INDAGINE GEOGNOSTICA LINEA A.V. MILANO-BOLOGNA 46 n Master 1 N E La master può essere spostata durante le operazioni di rilievo senza ricalcolare i parametri di calibrazione Rettilineo F.S. Euleriano e Master 2

47 TRACCIAMENTO DEI PUNTI DI INDAGINE GEOGNOSTICA LINEA A.V. MILANO-BOLOGNA 47 Area di calibrazione dmax = 17 km Area di tracciamento dmax = 3,7 km

48 48 Tracciamento indagini geognostiche linea TAV Milano-Bologna I Fase: Calibrazione sui vertici della rete di inquadramento II Fase: Tracciamento dei punti, a partire dalle coordinate rettilinee di progetto

49 49 Fabbricato Punto fiduciale Vertice GPS rilevato in statico o RTK Nord strumento Nord sistema Orientamento Direzione Azimut Vertice GPS rilevato in statico o RTK

50 Discarica RSU Montichiari Modello digitale del terreno 50

51 51 Discarica RSU Calcinato Rilievo di alcune sezioni longitudinali

52 Dispositivi Mobile GIS DGPS e post processamento statico DATALOGGER 52 RICEVITORE GPS

53 APPLICAZIONE AGGIORNAMENTO 53 WEB-GIS 2003 Gruppo di topografia

54 54 Classi di ricevitori GPS

55 Ricevitori GPS - solo codice 55 applicazioni tutte le applicazioni di navigazione e applicazioni GIS accuratezze posizionamento assoluto: 5-10 m posizionamento differenziale con dati di solo codice (DGPS): 1,5-2 m Nota: Le applicazioni DGPS, dato il basso grado di precisione, possono essere differenziate anche su basi di notevole lunghezza ( km).

56 Ricevitori GPS singola frequenza L1 56 applicazioni posizionamenti differenziali in modalità statica (es. realizzazione di reti) applicazioni GIS o posizionamenti cinematici posizionamento assoluto: m accuratezze posizionamento statico su basi di lunghezza < 10 km: inferiore ai 10 cm Posizionamento cinematico: 0,3-2 m

57 Ricevitori GPS doppia frequenza L1/L2 57 applicazioni posizionamenti differenziali in modalità statica (es. realizzazione di reti) e applicazioni geodetiche posizionamenti cinematici di precisione e tracciamento posizionamento assoluto: 5-10 m accuratezze posizionamento statico su basi di lunghezza < 30 km: 1-3 cm Posizionamento cinematico su basi di lunghezza < 20 km: 2-5 cm

58 58 Grazie dell attenzione