Prospettive dei servizi di posizionamento

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1 Politecnico di Milano Polo Regionale di Como Prospettive dei servizi di posizionamento Ludovico Biagi, Stefano Caldera, Fernando Sansò Presentazione della Rete di Stazioni Permanenti GNSS dell Emilia Romagna Bologna 15 gennaio 2009

2 La Rivoluzione Satellitare ed i servizi di posizionamento L avvento dei sistema GPS, sviluppato principalmente per motivi militari, ha introdotto le tecnologie satellitari nella pratica quotidiana di rilevamento.

3 Il GPS Uso di tecnologie di trasmissione e misura di segnali e.m. da un sistema di satelliti molto alti (20000 km): orbite molto elevate e ben tracciate, constellazione organizzata in modo che in ogni istante siano visibili 6-10 satelliti, onde portanti a lunghezza ~ 20 cm ricevibili all weather, uso di segnali pseudo-random per un primo allineamento (distanza uso di segnali pseudo-random per un primo allineamento (distanza con precisione ~ 2 m) e tracciamento della fase della portante (precisione ~ 2 mm).

4 Il fissaggio Se per la portante si riesce a trovare il n intero di cicli all istante di aggancio della fase, diventa disponibile una misura di distanza con precisione di qualche mm. Questo (fissaggio) può essere ottenuto in diversi modi: attraverso l utilizzo di una stazione permanente come ricevitore, seguita per tempi molto lunghi e di cui si conoscono le coordinate medie ed i moti caratteristici nel tempo (su questo si basa il sistema di riferimento mondiale di IGS International GPS Service),

5 Il fissaggio usando un posizionamento relativo per determinare il vettore di base r AB ; questo permette, a seconda della lunghezza della base, di abbattere molti errori sistematici: errori d orbita, errori degli orologi (in A, B, R, S), errori di trasmissione (ionosfera, troposfera). S R

6 I Sistemi di Riferimento Il rilevamento mediante reti GNSS è basato su una gerarchia di Sistemi di Riferimento, dalla scala globale alla scala locale: rete mondiale IGS rete europea EUREF sistema di riferimento nazionale (R.D.N.) servizi di posizionamento (regionali) utenti

7 La Rete mondiale IGS Determina contemporaneamente: le orbite, gli orologi dei satelliti, la posizione delle stazioni, la velocità delle stazioni, cioè gli effetti geodinamici globali, gli effetti della troposfera, altri parametri geofisici globali. Note: con misure di precisione quasi millimetrica i movimenti geofisici delle stazioni devono essere modellati; a livello dei mm tutto il mondo si deforma nel tempo di 1 anno.

8 La Rete di EUREF stesso ruolo di IGS ma in piccolo, cioè per l Europa, il moto delle stazioni europee viene vincolato alla placca europea e quindi regolarizzato: la predizione degli spostamenti delle stazioni è più dettagliata spazialmente e quindi precisa.

9 La Rete Dinamica Nazionale Istituzione del Sistema di Riferimento Italiano: stessa motivazione di EUREF rispetto ad IGS. Moto di deformazione dell Italia: più irregolare e non ben rigidamente vincolato all Europa (presenza delle Alpi, terremoti in Friuli,...), RDN è garantita da IGM con il supporto scientifico delle Università.

10 I Servizi Regionali I servizi di posizionamento portano il sistema di riferimento mondiale a km dall utente. Il servizio di posizionamento: calcola in continuazione la propria posizione nel sistema di riferimento globale, calcola gli effetti geofisici locali, trasmette i propri dati direttamente all utente che può svolgere i propri calcoli in tempo reale (RTK), garantisce la qualità del posizionamento.

11 I compiti di un Servizio (1) monitorare quotidianamente le coordinate delle proprie stazioni secondo standard di massima accuratezza: utilizzo di SW scientifico, utilizzo dei dati e prodotti ufficiali IGS, elaborazione secondo le linee guida IGS ed EPN, distribuire sia il SR globale ITRF che quello cartografico ETRF: ITRF: applicazioni di monitoraggio e alta precisione, ETRF: applicazioni cartografiche, catastali e georeferenziazione delle informazioni. esempio di monitoraggio di una stazione della rete GPSLombardia

12 I compiti di un Servizio (2) definire una Carta dei Servizi: che il gestore della rete si impegna a garantire all utenza con le relative caratteristiche di accuratezza ed affidabilità, in assenza di un autorità nazionale, chi ne certifica il rispetto? il servizio si dovrebbe dotare di una consulta tecnico-scientifica, che periodicamente: effettua test di buon funzionamento, relaziona pubblicamente i risultati. pubblicare un sito web, che indichi: le principali caratteristiche della rete e dei servizi erogati, le serie storiche di stima delle coordinate delle SP, le trasformazioni di sistema di riferimento per il TR e per il PP, chiare informazioni sull utilizzo del servizio, indicatori statistici e notizie in TR sul funzionamento della rete.

13 I compiti di un Servizio (3) I precedenti spunti sono solo un esempio delle molte indicazioni raccolte in un libro collegiale, redatto con il patrocinio del Ministero dell Università e della Ricerca, distribuito gratuitamente e scaricabile dal sito: (cercare sotto i collegamenti PRIN, 2004)

14 L utente Può posizionarsi, in un sistema che in ogni istante è legato al sistema di riferimento mondiale, con una precisione di 5-10 cm entro pochi minuti di osservazione. Questo obbliga l utente a conoscere meglio le trasformazioni tra sistemi globali e sistemi locali e a maneggiare diversi sistemi di coordinate d altezza.

15 La situazione italiana L Italia ha un ritardo di circa 10 anni sulle altre nazioni avanzate, attualmente si verifica una convergenza di interessi a livello nazionale (IGMI, CISIS, Università, ) che sta portando ad una chiusura del gap, questa può essere ottenuta in 2 o 3 anni.

16 Le prospettive (1/3) Tuttavia si cominciano già a sentire alcuni dubbi: vale la pena di continuare a sviluppare i servizi di posizionamento, quando già il GPS si sta modernizzando (più codici, una terza frequenza) e sta per arrivare GALILEO? non è che tra poco arriverà direttamente a casa nostra un servizio di posizionamento mondiale con una precisione più che sufficiente per tutti i compiti pratici?

17 Le prospettive (2/3) La risposta non è univoca, tuttavia si può fare qualche considerazione: l ammodernamento del GNSS viaggia con 4-5 anni di ritardo ed i tempi potrebbero non essere favorevoli ad aumentare gli investimenti necessari, naturalmente lo sviluppo dei servizi in Italia potrebbe portare tra qualche anno ad un servizio integrato più snello, magari con meno stazioni permanenti; non si vede però una possibilità di eliminazione dei servizi basati su reti permanenti,

18 Le prospettive (3/3) si ha l impressione che chi spinge molto su questi dubbi non capisca che così si aspetteranno altri 10 anni, accumulando un ritardo di 20 anni, dopo di che l Italia nel settore diventerà una colonia tecnologia di altri, crediamo che se invece ognuno continuerà a fare la sua parte, crediamo che se invece ognuno continuerà a fare la sua parte, tra qualche anno potremmo essere noi a competere con gli altri ed a portare innovazione per una gestione unificata e ben ordinata del posizionamento e di tutte le sue applicazioni.