I.I.S. G. MINUTOLI - MESSINA

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1 I.I.S. G. MINUTOLI - MESSINA OGGETTO : cenni sul seminario GPS del 24/09/2010 1) GNSS E PRINCIPI DI FUNZIONAMENTO: IL sistema GPS (ovvero Global Positioning System) è un sistema di posizionamento globale poichè consente di ottenere la posizione di un generico punto posto sulla terra rispetto ad un sistema di riferimento spaziale X, Y, Z con origine nel centro della massa terrestre (geocentrico) e noto come sistema di riferimento ellissoidico : WGS84. La nascita del progetto GPS risale al 1973 ed è stata promossa dal Dipartimento della Difesa americano, essendo il GPS un sistema nato esclusivamente per scopi militari e successivamente esteso a scopi civili. Il sistema GPS è composto da tre segmenti : 1) segmento spaziale : costituito da una costellazione di satelliti artificiali NAVSTAR. Composta originariamente da n 24 satelliti (oggi 31 di cui 24 almeno operativi), collocati su sei orbite circolari inclinate di 55 (gradi) sul paino equatoriale e distanziate di 60. Tali satelliti si trovano ad una quota di circa km dalla superficie terrestre. 1

2 2) Il segmento di controllo a terra : costituito da n 5 stazioni distribuite sull'equatore e nell'ambito di basi militari USA. Esse permettono di conoscere, in ogni istante, la posizione dei satelliti nello spazio ed eventualmente correggere le loro posizioni. 3) il segmento di utenza: è costituito dagli utilizzatori (militari o civili) che devono essere muniti di un'antenna e di un ricevitore in grado di captare e trattare i segnali emessi dai satelliti. Si può ottenere il posizionamento in tempo reale per i cosidetti ricevitori mobili (rover): auto, natanti, aerei, applicazioni topografiche di minor precisione; oppure dopo aver raccolto i dati per un certo periodo ed a seguito di una successiva elaborazione ottenere la posizione spaziale del punto con maggiore precisione in funzione delle necessità del rilievo topografico. 2

3 La posizione di un generico punto P si ottiene misurando simultaneamente le distanze d1, d2, d3, d4 fornite dai quattro satelliti che orbitano intorno al ricevitore. In funzione del numero dei satelliti ed in funzione della geometria piramidale che essi formano migliore sarà la precisione che viene interpretata con i vari indici: PDOP, HDOP, VDOP, TDOP; GDOP. Più piccoli sono tali indici migliore è la precisione di rilievo. Parallelamente al sistema americano GPS è nato il sistema russo Glonass ed in tempi recenti, 2003, il sistema europeo Galileo (anche se questo risulta ancora incompleto e non operante). 2) CENNI SUI SISTEMI DI RIFERIMENTO: il sistema di riferimento relativo al GPS è il WGS 84 (world geodetic system 1984), a tale sistema è associato un ellissoide, avente centro coincidente con il baricentro della massa terrestre. La terna di assi presenta: asse z coincidente con l'asse polare convenzionale, l'asse X con l'intersezione del piano equatoriale è il meridiano di Greenwich, asse Y giacente sul piano equatoriale ed ortogonale ad X. IL SISTEMA DI RIFERIMENTO ITALIANO Fino alla fine del 2008 (per la precisione fino a gennaio del 2009) il sistema di riferimento (sarebbe più corretto parlare di frame) italiano era la rete IGM95. IGM95 ha materializzato l ETRS89 per l Italia Da gennaio il nuovo frame italiano è la Rete Dinamica Nazionale (RDN) 3) RETI GNSS DI STAZIONI PERMANENTI LA RETE GNSS Le stazioni permanenti, se organizzate in reti, possono essere in grado di fornire un insieme di servizi in tempo reale. Questo tipo di servizio può essere realizzato anche con reti caratterizzate da elevata distanza tra le stazioni, dell'ordine di circa 70 km. Da ciò nasce il progetto delle V.R.S.( Virtual Reference Station). Le stazioni virtuali possono essere realizzate da un centro di controllo (stazione master) che, note le osservazioni nelle stazioni permanenti della rete, interpola le correzioni nella posizione approssimata del ricevitore mobile (rover), ovvero in una stazione virtuale teoricamente molto vicina alla sua posizione reale. Questo sistema richiede una comunicazione a due vie tra il rover e il master, il rover invia al master la sua posizione approssimata (via messaggi NMEA), e dal master riceve le correzioni in tempo reale. Il principale vantaggio è che l utente può operare all interno della rete V.R.S con un singolo ricevitore e stimare le coordinate di un punto con precisione centimetrica. 3

4 Le reti Regionali Gnss (GLONASS + GPS) al: 31/03/2010 Reti Regionali GNSS L utilizzo di reti di Stazioni Permanenti GNSS per il posizionamento in tempo reale (NRTK) Negli ultimi anni si è assistito, per ciò che riguarda il posizionamento GPS cinematico in tempo reale, ad un continuo sviluppo dei procedimenti di calcolo e dei protocolli di trasmissione, con un parallelo incremento delle potenzialità del metodo anche in ordine alle accuratezze di misura che ora raggiungono il valore di pochi centimetri. Le tecniche di posizionamento spaziano dall uso del solo codice, a quello della fase fino ad arrivare alle metodologie così dette di Virtual Reference Station (VRS) o Virtual Base Station (VBS). Le distanze operative tra Stazione Permanente e stazione GPS mobile variano per applicazioni di precisione da pochi chilometri fino all ordine di anche Km, per reti VRS. Gran parte dei servizi di posizionamento in tempo reale si basano su approcci cosiddetti in RTK; alcuni sfruttano anche tecniche di tipo VRS o VBS che superano il concetto tradizionale di posizionamento in singole base, dove la stazione mobile si riferisce ad un unica stazione di riferimento, per arrivare ad un posizionamento definito sulla base di osservazioni derivanti da una rete di stazioni permanenti. Un aspetto sicuramente importante riguarda inoltre la definizione della modalità di comunicazione tra i ricevitori GPS mobili e la/le Stazioni GPS Permanenti. Inizialmente gestita unicamente via radio, ora si va diffondendo la modalità di trasmissione via GSM e, tramite GPRS, attraverso Internet. Un servizio di posizionamento cinematico in tempo reale per il territorio deve essere in grado di permettere ad operatori che si muovano con un unico ricevitore GPS, di effettuare un posizionamento in tempo reale con le accuratezze idonee all applicazione in oggetto. Come già detto, la realizzazione di catasti stradali, il tracciamento di grandi infrastrutture, l aggiornamento o l acquisizione di dati per sistemi informativi territoriali e non ultima l applicazione in campo catastale, sono solo alcune delle potenzialità del servizio. La notevole novità dell approccio cinematico, rispetto alle tecniche di post-processamento o di approccio statico, è quella di poter permettere in tempo reale un rapido e 4

5 semplice interfacciamento, già sul campo (anche se per ambiti operativi limitati), tra sistemi topografici classici quali le stazioni totali e il dato di posizione che proviene dal sistema GPS. Per l invio della correzione differenziale in Tempo Reale da una Stazione Permanente si possono utilizzare 3 differenti tecniche: Tramite Radio Modem. Questa soluzione viene poco utilizzata poiché la portata tra Stazione Permanente e Strumento Rover è limitata a pochi Km. In questa configurazione si possono collegare un numero infinito di stazioni Rover alla Stazione Permanente, basta possedere un radio modem compatibile e configurato sulla frequenza trasmessa dal radio modem della Stazione Permanente. Tramite GSM. Questa soluzione consente la connessione della Stazione Rover alla Stazione Permanente anche quando la distanza tra i due arriva a 30/40 km. In questa configurazione è necessario però che nella Stazione Permanente siano installati un numero di GSM pari al numero di utenti che si vogliono connettere contemporaneamente. Tramite Internet (NTRIP). Questa soluzione include i vantaggi combinati derivanti dall utilizzo del Radio Modem (non ha limiti per il numero di utenti che possono connettersi contemporaneamente) e del GSM (lunga portata > 30Km). Ovviamente le tre soluzioni Radio Modem, GSM ed Internet possono essere affiancate. Normalmente per inviare la correzione in tempo reale da una Stazione Permanente la soluzione tecnica più usata è quella Internet (NTRIP). 4) CATASTO E GNSS: reti GNSS Un servizio di posizionamento GNSS è utilizzato per materializzare il sistema di riferimento e distribuirlo all utenza, attraverso la fornitura delle coordinate stimate delle stazioni permanenti che lo compongono, dei loro dati grezzi e dei prodotti di rete, sia per il tempo reale che per il post-processamento. I prodotti per il tempo reale sono quelli maggiormente richiesti dall utenza e sono tipicamente utilizzati per rilievi cartografici e catastali; i dati e prodotti per il post-processamento sono invece utilizzati per applicazioni più specifiche, che spaziano dal supporto alla fotogrammetria aerea fino al monitoraggio ad alta precisione di sottoreti locali. In entrambi i casi si rende comunque necessaria un accurata stima delle coordinate delle stazioni permanenti della rete, attraverso la cosiddetta compensazione di rete. Il catasto ed il servizio GNSS Il nuovo sistema di aggiornamento cartografico, basato sulla procedura informatica Pregeo per gli atti di aggiornamento catastale, rappresenta per l Agenzia del Territorio il raggiungimento di un elevato livello di qualità ed efficienza amministrativa sfruttando il servizio GNSS. Il direttore di laboratorio di topografia Prof. Genovese Luigi 5