LA RETE GPS PERMANENTE INGV SECONDA RELAZIONE sullo stato di avanzamento a cura di: M. Anzidei, G. Casula, A. Galvani, G. Pietrantonio e F. Riguzzi U.F. Laboratorio di Geodesia e Telerilevamento Sezione Centro Nazionale Terremoti Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia Roma, 1 ottobre 2003
Questa breve relazione ha lo scopo di illustrare lo stato di avanzamento della realizzazione della rete GPS permanente dell INGV ad ottobre 2003. Tale rete consiste attualmente in un nucleo di 6 stazioni permanenti, costituito grazie ad un cofinanziamento INGV ASI, nell ambito dei progetti ASI ARS (1998-2000). 1. Stazioni attive Sono attualmente attive le seguenti stazioni: INGR (INGV, sede di Roma) VVLO (Villavallelonga) GBLM (INGV, Osservatorio di Gibilmanna) RSTO (Roseto degli Abruzzi) PRET (INGV, Osservatorio dell Aquila, Preturo) MAOO (Monte Argentario) Attualmente sono diventate 5 le stazioni in cui e` attivo un sistema di acquisizione dati in locale (TRS) attraverso il quale i dati, acquisiti giornalmente, vengono inviati automaticamente via linea telefonica presso un server gestito dal gruppo di Geodesia della U.F. Geodesia e Telerilevamento della Sez. di Roma-CNT. La nuova stazione MAOO acquisisce per il momento in locale. Fig.1: Rete GPS INGV-CNT 2
Di prossima realizzazione e` INGM presso l osservatorio di Messina. 1. Strumentazione utilizzata La strumentazione utilizzata (vedi tabella) e` costituita da ricevitori GPS geodetici Trimble corredati da antenne a doppia frequenza la cui qualita` e` certificata a livello internazionale dal National Geodetic Survey (http: //www.ngs.noaa.gov/antcal/index.shtml.) RETE PERMANENTE GPS INGV Siti Ricevitore Antenna Comunicazione INGR Trimble 4000SSI Trm22020.00+GP modem e linea telefonica VVLO Trimble 4700 Trimble Choke Ring modem e linea telefonica GIBI Trimble 5700 Trm41249.0+GP (Zephyr) modem e linea telefonica RSTO Trimble 4700 Trimble Choke Ring modem e linea telefonica PRET Trimble 5700 Trm41249.0+GP (Zephyr) modem e linea telefonica MAOO Trimble 5700 Trm41249.0+GP (Zephyr) PC locale 2. Monumentazione delle stazioni Le monumentazioni delle stazioni sono state realizzate per soddisfare i requisiti essenziali per effettuare studi geofisici, come la stabilita`, adeguandole alle diverse caratteristiche geologiche dei siti, e la durata nel tempo. Le antenne GPS sono installate con un caposaldo tipo 3-D, specificamente progettato nell ambito dell U.F.. a b 3
d c e f Fig.2: Stazioni di PRET (a), RSTO (b), INGR (c), VVLO (d), GBLM (e) e MAOO (f) 4
3. Controllo di qualità dei dati Viene effettuato un controllo sulla qualita` dei dati acquisiti mediante software TEQC, distribuito dall UNAVCO, che prende in esame il multipath sulle misure di codice e in termini di ampiezza. Fig.3: Esempio di controllo di qualita` sui codici P1 e P2 con il software TEQC effettuato per la stazione INGR Per superare alcune limitazioni del programma TEQC, e` stato sviluppato un nuovo software che effettua un analisi di qualita` comprendente sia lo studio del rumore del ricevitore, con conseguente stima delle precisioni delle osservabili e delle loro correlazioni temporali, che lo studio del multipath, in termini sia di ampiezza che di frequenza. 4. Elaborazione automatica dei dati della rete permanente INGV E stata recentemente messa a punto la procedura automatica (BPE) di elaborazione dati GPS con il software BERNESE (versione 4.2). I dati (file RINEX di 24 ore) vengono elaborati su base giornaliera, producendo per ogni giorno un file di coordinate (.crd), uno contenente la matrice di covarianza delle coordinate stesse (.cov) e un file contenente i ritardi troposferici (.trp) stimati ogni 30 minuti (di interesse per eventuali applicazioni meteorologiche). Successivamente vengono calcolate le soluzioni settimanali (mediante compensazione delle soluzioni giornaliere) con produzione di file settimanali in formato internazionale SINEX (.snx), contenenti coordinate e relative matrici di covarianza. Le soluzioni settimanali ottenute risultano inquadrate nel sistema di riferimento ITRF2000; ciò si ottiene vincolando in fase di compensazione le coordinate delle stazioni ITRF2000 di Cagliari, Matera Medicina e Noto con i rispettivi scarti quadratici medi. 5
GPS receiver Raw data File management software BPE Bernese Processing Engine ADDNEQ combination of solutions DAILY PRODUCTS X,Y,Z Coordinate Coorrelation matrix Troposphere delay Weekly combined solutions STRAINGPS strain tensor estimation Site time series velocities Fig.4: Procedura di analisi dati GPS Sono stati inoltre implementati appositi programmi di servizio per lo scarico automatico dei dati delle stazioni permanenti non INGV e dei file di servizio necessari al processamento dei dati GPS (effemeridi precise ecc.) dalle banche dati on-line. 6
GPS permanent network processed daily at INGV-CNT (Roma) BRAS MEDI UNPG CAME ELBA RSTO MAOO PRET AQUI MOSE VVLO INGR VLUC MATE CAGL MILO GIBI NOT1 ASI ITRF2000 station ASI or University station INGV-CNT station Fig.5: Rete GPS giornalmente analizzata all INGV sez. CNT 7
5. Disponibilita` dati e soluzioni I dati GPS delle stazioni INGV sono attualmente disponibili in formato RINEX o RINEX compresso su richiesta per le stazioni di VVLO, RSTO, GBLM e PRET a partire dal giorno 102 del 2003. INGR e` direttamente disponibile sul sito WEB dell ASI http://geodaf.asi.mt.it, in quanto i suoi dati vengono elaborati congiuntamente a tutte le stazioni GPS permanenti italiane anche dal Centro di Geodesia Spaziale di Matera. Le soluzioni settimanali sono attualmente disponibili in formato SINEX solo per utenti INGV sulla macchina VAX ING750, account RETEGPS, accessibile tramite SET DEF. Le serie temporali e alcuni documenti riguardanti la rete sono disponibili sul sito WEB dell U.F. Geodesia e Telerilevamento http://www.ingv.it/labtel2/ufpage.htm, sotto Geodesia, Reti Geodetiche GPS. E` stato recentemente richiesto di ampliare il sistema di gestione della banca dati GPS implementando una macchina completamente dedicata a WEB server di gestione della gran mole di dati e soluzioni che giornalmente si producono. 6. Serie temporali Le soluzioni giornaliere delle stazioni INGV poste nel sistema di riferimento internazionale ITRF00 sono inizialmente disponibili nel sistema Cartesiano Geocentrico, ossia sono note le coordinate XYZ di ciascuna stazione, agganciate all ITRF00. Tali serie vengono successivamente ripulite dagli outlier mediante un test a 3σ e successivamente trasformate nei sistemi cartesiani locali Nord, Est e Quota, che a loro volta rimangono agganciati al sistema ITRF00. Dalle serie temporali delle soluzioni giornaliere e` possibile poi ricavare velocita` che avranno valori maggiormente affidabili se la serie e` sufficientemente lunga, al fine di mediare vari effetti sistematici residui (per es. andamenti stagionali). Inoltre, non essendo tra l altro affatto trascurabili gli effetti di correlazione tra i singoli punti della serie, le velocita` non andrebbero stimate con delle semplici rette di regressione, senza effettuare un analisi di correlazione appropriata. 8