Federico Antolini 1, Alberto Beinat 1 Paolo Fabris 2, David Zuliani 2. GPS-RTK: un servizio di posizionamento in tempo reale nel Friuli Venezia Giulia

Transcript

1 GPS-RTK: un servizio di posizionamento in tempo reale nel Friuli Venezia Giulia Venzone (UD), 18 ottobre 2011 Il posizionamento NRTK ai margini di una rete di stazioni permanenti: verifiche sperimentali sui servizi disponibili tra Veneto e Friuli Venezia Giulia Federico Antolini 1, Alberto Beinat 1 Paolo Fabris 2, David Zuliani 2

2 Sommario 2 Premessa Obiettivi dello studio, organizzazione e conduzione - Reti e servizi interessati - Strumenti e metodologia - Sessioni di prove 2010 e verifiche 2011 Analisi dei risultati - Successo e tempi di fissaggio - Ripetibilità planimetrica e altimetrica Evidenze, considerazioni e raccomandazioni

3 Premessa 3 - Rispetto ai paesi contermini, in Italia lo sviluppo dei servizi di rete non è avvenuto secondo un progetto nazionale, ma grazie all iniziativa di associazioni, società ed enti di dimensione regionale. - Se questo ha consentito di offrire servizi spesso all avanguardia, ciò ha pure generato una parcellizzazione territoriale dei servizi NRTK, con comprensibili problemi per l utente in termini di copertura, accessibilità, tipologia, affidabilità dei servizi e omogeneità dei risultati. - Questi inconvenienti sono possibili nelle aree al confine tra le varie regioni. Il caso di studio qui trattato riguarda la situazione presente tra Veneto e Friuli. Un utente impegnato nei lavori di una ipotetica opera trans-regionale può trovarsi ad operare nel 2011 con cinque diverse reti, e un numero elevato di servizi diversi a cui appoggiarsi. L indagine sperimentale svolta ha voluto: - Verificare il comportamento dei servizi di rete al di fuori delle aree nominali di copertura; - Effettuare una verifica comparata fra le varie reti e fra i vari servizi di rete al fine di verificare la affidabilità e la accuratezza, e di fare emergere eventuali criticità per l utente.

4 Reti e servizi analizzati Rete regionale FVG A. Marussi Inquadramento: ETRF89/IGM95 Servizi erogati: - SINGOLA BASE - VRS - VRS RTCM 3.0 (- VRS CMR) (- DGPS) Broadcaster: :8080 [Œ RAFVG-NET] SW NRTK: Trimble RTKNet

5 Reti e servizi analizzati 2 Rete regionale FVG FredNet Inquadramento: - ETRF2000(08) Servizi erogati: - SINGOLA BASE - NEAREST STATION - FKP - VRS (- VRS RTCM 3.0) (- VRS CMR) (- MAC (MAX) RTCM 3.1) (- MAC (I-MAX) ) Broadcaster: : :2111 [Œ GARR Udine] SW NRTK: GEO++ GNSMART 6

6 Reti e servizi analizzati 3 Rete regionale Veneto 9 Inquadramento: ETRF2000(08) Servizi erogati: - NEAREST - MAC (MAX) RTCM MAC (I-MAX) Broadcaster: :2101 [Œ GARR Padova] SW NRTK: LEICA GNSS Spider

7 Reti e servizi analizzati 4 Rete privata nazionale Leica ItalPoS Inquadramento: - ETRF2000(08) - (ETRF89) Servizi erogati: - NEAREST - NEAREST RTCM FKP - VRS - VRS RTCM MAC (MAX) RTCM MAC (I-MAX) - MAC (I-MAX) RTCM 3.1 Broadcaster: :2101 [Œ ARUBA-NET] SW NRTK: LEICA GNSS Spider 11

8 Reti e servizi NON analizzati 5 Rete della Provincia di Treviso (dal 2011) [Raffittimento[ ItalPOS] 13 Inquadramento: - ETRF2000(08) Servizi erogati: - FKP - VRS - VRS RTCM VRS CMR - MAC (MAX) RTCM MAC (I-MAX) RTCM 3.1 Broadcaster: :2102 [Œ ARUBA-NET] SW NRTK: LEICA GNSS Spider

9 Sessioni di misure 2010 e appendice Sessioni NRTK Sessioni statiche Post-elaborazione

10 Strumentazione test Ricevitore GPS L1+L2 Leica System Firmware 4.1 (Ricevitore GX Antenna ATX GSM Siemens + SIM Telecom) RMS Post-Elaborazione - Static and rapid static (phase) with standard antenna & RMS in Real Time /RTK - Rapid static (phase), Static mode after initialization Horizontal: 5 mm ppm - Vertical: 10 mm ppm Il fw supporta tutti i tipi di servizi erogati dalle diverse reti ed i formati dati RTCM -> 3.1 e CMR

11 Servizi e modalità di misura Servizi testati Singola Base Nearest Station FKP VRS MAC MAX MAC I-MAX FVG Pordenone RTCM 3.0 OGS Noventa ITP RTCM 3.0 RTCM 3.0 RTCM 3.1 RTCM 3.1 VEN RTCM 3.0 RTCM SERVIZI DISTRIBUITI SU 4 RETI 25 SESSIONI DI MISURA 436 MISURE DELLA POSIZIONE DI PTEST NB - In ogni sessione: - E stato estratto casualmente l ordine delle reti e poi dei servizi; - E stato re-inizializzato il ricevitore GPS prima di ogni misura.

12 Parametri osservati e grandezze correlate Durante i test sono stati annotati i parametri: - Servizio collegato; - Giorno e ora; - Numero di satelliti; - TTFF (Time To First Fix, sia DGPS che RTK); - Il successo o meno del fix RTK dopo 180 secondi. 2 - Lo strumento e il software LGO hanno fornito: - Le coordinate finali; - L indice CQ (assimilabile all RMS); - Il GDOP minimo e massimo. 3 - Dal sito del DLR (German Aerospace Centre) sono state reperiti i dati TEC relativi all attività ionosferica durante i test

13 ITP OGS Tempi di inizializzazione TTFF per singolo servizio 19 FVG VEN

14 Tabella riassuntiva SERVIZI DISTRIBUITI SU 4 RETI 25 SESSIONI DI MISURA 436 MISURE DELLA POSIZIONE DI PTEST

15 TTFF cumulativi per rete 21 FVG ITP VEN OGS

16 Tabella riassuntiva SERVIZI DISTRIBUITI SU 4 RETI 25 SESSIONI DI MISURA 436 MISURE DELLA POSIZIONE DI PTEST

17 TTFF per tipo di servizio VRS MAX FKP IMAX SB NRT

18 TTFF cumulativi per tipo di servizio 25 SB MAX IMAX NRT VRS FKP

19 Test sulla ripetibilità H e V Problemi - Ogni rete è inquadrata indipendentemente nel proprio SR; - Nel periodo delle osservazioni alcune reti hanno adottato diversi SR. Numero Data FVG FVG ItalPOS ItalPos Veneto Veneto OGS OGS Sessione Test Rete Servizi RT Rete Servizi RT Rete Servizi RT Rete Servizi RT 1 02/01/2010 ETRF89 ETRF89 ETRF89? ETRF89? ETRF2000 ETRF2000 ITRF00 ITRF /01/2010 ETRF89 ETRF89 ETRF89? ETRF89? ETRF2000 ETRF2000 ITRF00 ITRF /01/2010 ETRF89 ETRF89 ETRF2000 ETRF2000 ETRF2000 ETRF2000 ITRF00 ITRF /01/2010 ETRF89 ETRF89 ETRF2000 ETRF2000 ETRF2000 ETRF2000 ITRF00 ITRF /01/2010 ETRF89 ETRF89 ETRF2000 ETRF2000 ETRF2000 ETRF2000 ITRF00 ITRF /01/2010 ETRF89 ETRF89 ETRF2000 ETRF2000 ETRF2000 ETRF2000 ITRF00 ITRF /01/2010 ETRF89 ETRF89 ETRF2000 ETRF2000 ETRF2000 ETRF2000 ITRF00 ITRF /01/2010 ETRF89 ETRF89 ETRF2000 ETRF2000 ETRF2000 ETRF2000 ITRF00 ITRF /03/2010 ETRF89 ETRF89 ETRF2000 ETRF2000 ETRF2000 ETRF2000 ETRF2000 ETRF /03/2010 ETRF89 ETRF89 ETRF2000 ETRF2000 ETRF2000 ETRF2000 ETRF2000 ETRF /03/2010 ETRF89 ETRF89 ETRF2000 ETRF2000 ETRF2000 ETRF2000 ETRF2000 ETRF /03/2010 ETRF89 ETRF89 ETRF2000 ETRF2000 ETRF2000 ETRF2000 ETRF2000 ETRF /03/2010 ETRF89 ETRF89 ETRF2000 ETRF2000 ETRF2000 ETRF2000 ETRF2000 ETRF /03/2010 ETRF89 ETRF89 ETRF2000 ETRF2000 ETRF2000 ETRF2000 ETRF2000 ETRF /03/2010 ETRF89 ETRF89 ETRF2000 ETRF2000 ETRF2000 ETRF2000 ETRF2000 ETRF /03/2010 ETRF89 ETRF89 ETRF2000 ETRF2000 ETRF2000 ETRF2000 ETRF2000 ETRF /03/2010 ETRF89 ETRF89 ETRF2000 ETRF2000 ETRF2000 ETRF2000 ETRF2000 ETRF /03/2010 ETRF89 ETRF89 ETRF2000 ETRF2000 ETRF2000 ETRF2000 ETRF2000 ETRF /03/2010 ETRF89 ETRF89 ETRF2000 ETRF2000 ETRF2000 ETRF2000 ETRF2000 ETRF /03/2010 ETRF89 ETRF89 ETRF2000 ETRF2000 ETRF2000 ETRF2000 ETRF2000 ETRF /03/2010 ETRF89 ETRF89 ETRF2000 ETRF2000 ETRF2000 ETRF2000 ETRF2000 ETRF /03/2010 ETRF89 ETRF89 ETRF2000 ETRF2000 ETRF2000 ETRF2000 ETRF2000 ETRF /03/2010 ETRF89 ETRF89 ETRF2000 ETRF2000 ETRF2000 ETRF2000 ETRF2000 ETRF /03/2010 ETRF89 ETRF89 ETRF2000 ETRF2000 ETRF2000 ETRF2000 ETRF2000 ETRF2000 E stato necessario inquadrare PTEST, rispetto alle diverse reti, mediante 6 lunghe sessioni GPS statiche della durata di 4-5 ore, l uso di effemeridi precise e parametri d antenna specifici.

20 Ripetibilità H 27 FVG VEN

21 28 OGS

22 Ripetibilità H 29 ITP

23 Ripetibilità V 30 FVG VEN

24 Ripetibilità V OGS

25 Ripetibilità V 32 ITP

26 Ripetibilità H Errore medio Errore medio EQM EQM Errore max Errore max UTM Est UTM Nord UTM Est UTM Nord UTM Est UTM Nord Rete Servizio Formato [mm] [mm] [mm] [mm] [mm] [mm] FVG SB RTCM FVG VRS RTCM FVG VRS RTCM ITP NRT RTCM ITP NRT RTCM ITP FKP RTCM ITP VRS RTCM ITP VRS RTCM ITP IMAX RTCM ITP IMAX RTCM ITP MAX RTCM OGS SB RTCM OGS NRT RTCM OGS FKP RTCM OGS VRS RTCM VEN NRT RTCM VEN IMAX RTCM VEN MAX RTCM

27 Ripetibilità V Rete Servizio Formato Errore medio quota [mm] EQM quota [mm] Errore max quota [mm] Outlier > 100 mm FVG SB RTCM su 23 FVG VRS RTCM su 23 FVG VRS RTCM su 20 ITP NRT RTCM su 21 ITP NRT RTCM su 23 ITP FKP RTCM su 23 ITP VRS RTCM su 20 ITP VRS RTCM su 22 ITP IMAX RTCM su 23 ITP IMAX RTCM su 25 ITP MAX RTCM su 24 OGS SB RTCM su 20 OGS NRT RTCM su 22 OGS FKP RTCM su 23 OGS VRS RTCM su 14 VEN NRT RTCM su 24 VEN IMAX RTCM su 19 VEN MAX RTCM su 25

28 Osservazioni La ricerca di correlazione (test di Covarianza di Pearson) tra le varie grandezze che intervengono nei risultati sperimentali mostra: 35 TTFF CQ CQ TEC TTFF TEC FIX TEC Time Fix Time TTFF TTFF GDOP Max DGDOP Fix GDOP max CQ Correlazione generale NULLA Correlazione generale NULLA Correlazione generale NULLA Correlazione generale NULLA Correlazione generale NULLA Correlazione generale NULLA Correlazione generale NULLA Correlazione generale NULLA Correlazione generale DEBOLE > L accuratezza non è dipesa dal TTFF > L accuratezza non è dipesa dallo stato della ionosfera (in condizioni normali) > Il TTFF non è stato condizionato dallo stato della ionosfera (in condizioni normali) > La riuscita del FIX non è dipesa dallo stato della ionosfera > L ora della misura non ha influito sulla riuscita del FIX > L ora della misura non ha influito sul TTFF > Il TTFF non è dipeso dal GDOP massimo (almeno fino a GDOP <5) > Limitate variazioni di GDOP (<4) non hanno influenzano il successo del FIX > L accuratezza si è confermata legata debolmente al GDOP

29 36 Osservazioni conclusive campagna 2010 Le prove hanno evidenziato che, ANCHE AL DI FUORI del proprio dominio di competenza, i servizi di rete NRTK hanno fornito: - TTFF medi entro i secondi; - Percentuali di fix entro 3 minuti tra 80% e 100% ( 1 su 10 No Fix); - Errori planimetrici medi entro 10 mm ( 1 su 20 > 40 mm); - Errori altimetrici medi tra 30 e 50 mm ( 1 su 4 > 40 mm); Interventi E probabile che le minori prestazioni del servizio VRS della rete OGS siano dovute a una sfavorevole geometria della configurazione della rete 2010 (AFAL è una stazione di montagna, NOVE è in pianura, e distano tra loro oltre 120 km). >>> Per colmare la lacuna INOGS ha attivato la stazione di Caneva (PN) e installato una nuova stazione a Susegana (TV).

30 Nuove verifiche Strumentazione 37 Ricevitori GNSS - Leica System GPS (Ricevitore GX GSM Siemens + SIM Telecom) - Topcon GB-1000 GPS + GLONASS (Ricevitore GB SIM Telecom) - Topcon GRS-1 - GPS + GLONASS (Ricevitore GRS-1 + SIM Telecom) Antenna GNSS - Topcon CR-G3 Choke-Ring - GNSS

31 Nuove verifiche 2011 Servizi esaminati Servizi testati FVG Singola Base Pordenone Nearest Station FKP VRS RTCM 3.0 MAC MAX MAC I-MAX OGS Noventa ITP RTCM 3.0 RTCM 3.0 RTCM 3.1 RTCM 3.1 VEN RTCM 3.0 RTCM 3.1 FVG VRS Leica G Leica G CMR Topcon G Leica G OGS VRS Leica G Topcon G Leica G Topcon GG Topcon GG Topcon GG CMR Leica G Topcon GG Leica G Topcon G Leica G Topcon GG OGS FKP Leica Topcon G Leica Topcon GG Leica G Topcon GG Leica G Topcon GG 3 SERVIZI DISTRIBUITI SU 2 RETI 12 SESSIONI DI 3 o 4 MISURE CONSECUTIVE CON REINIZIALIZZAZIONE 41 x 2 MISURE DELLA POSIZIONE DI PTEST2

32 Osservazioni aggiuntive verifiche 2011 Le ulteriori verifiche seppur limitate - mostrano che: - Le prestazioni dei servizi VRS di OGS e FVG sono ora simili; - I tempi medi di fix variano tra 35 e 40 s; - 2 casi su 4 No Fix per entrambi, 2 casi su 4 uno Fix e uno No Fix; - Percentuali di fix entro 3 minuti tra 85% e 95% ( 1 su 10 No Fix); - Errori planimetrici medi di pochi mm ( max 24 mm); - Errori altimetrici medi tra 80 e 100 mm ( 1 su 2 > 100 mm); Consigli agli utenti Ripetere almeno un paio di volte la misura, reinizializzando lo strumento; Procedere a una terza misura in caso di disaccordo; Connettere prima un servizio e poi un altro, purché della stessa rete, per evitare problemi legati ai disallineamenti tra SR delle diverse reti.

33 Grazie