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Corso C111.01 - Geomatica Corso C111.01 Geomatica Reti Reti Global Position System Global Position System (GPS) per (GPS) per il il controllo controllo di di (GPS) per (GPS) per il il controllo controllo di di deformazioni deformazioni locali locali Massimiliano Cannata

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Corso C111.01 - GeomaticaCorso C111.01 Geomatica

RetiReti Global Position System Global Position System (GPS) per(GPS) per ilil controllocontrollo didi(GPS) per (GPS) per ilil controllocontrollo didi

deformazionideformazioni localilocali

Massimiliano Cannata

IndiceIndice

• Parte I:Parte I:– teoria delle misure GPS

• Parte II:– aspetti pratici delle misure GPS

Massimiliano Cannata SUPSI, Genio Civile: Corso C111.01 – Geomatica

Sistema GPSSistema GPS

Massimiliano Cannata SUPSI, Genio Civile: Corso C111.01 – Geomatica

Segnale GPSSegnale GPS

Il segnale GPS è costituito dalla modulazione di più onde tutte con frequenza multipla di una frequenza fondamentale f0 = 10.23 MHz, pari alla frequenza dell’orologio atomico del satellite.

Massimiliano Cannata SUPSI, Genio Civile: Corso C111.01 – Geomatica

Modulazione delle ondeModulazione delle onde

((D+C/A)*L1)*P

Massimiliano Cannata SUPSI, Genio Civile: Corso C111.01 – Geomatica

(D+P)*L2

Modulazione delle ondeModulazione delle onde

Massimiliano Cannata SUPSI, Genio Civile: Corso C111.01 – Geomatica

Messaggio navigazionale DMessaggio navigazionale D

1 - Parametri per la correzione degli orologicorrezione degli orologi

2,3 - Effemeridi predette (coeff Parametri di(coeff. Parametri di Keplero)

4 Modello ionosferico4 - Modello ionosferico

5 - Almanacco dei satelliti (aiuta tracciamento)(aiuta tracciamento)

Massimiliano Cannata SUPSI, Genio Civile: Corso C111.01 – Geomatica

Tipi di misureTipi di misureMISURE DI PSEUDO RANGEMISURE DI PSEUDO RANGE•• MISURE DI PSEUDO RANGEMISURE DI PSEUDO RANGE

– (precisioni poco elevate 20 )~ max 20 cm)

• Misuro il tempo di volo• Calcolo D = c·∆tCalcolo D c ∆t

•• MISURE DI FASEMISURE DI FASEMISURE DI FASEMISURE DI FASE– (precisioni più elevate

~ max 2 mm) max 2 mm)• Misuro il numero di cicli• Calcolo D = (φ·λ)/(2·π)

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Misure di pseudo rangeMisure di pseudo range

• Ricezione del segnale del satellite• Replica del segnaleReplica del segnale• Correlozione tra i due segnali e stima di ∆t

segnale

∆t

replica∆t

( ) ( ) ( )misuratonoto

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( ) ( ) ( ) ( )222p

sp

sp

ssp ZZYYXXTct −+−+−=Δ⋅=ρ

notoincognito

Misure di pseudo rangeMisure di pseudo range3 incognite => 3 equazioni3 incognite > 3 equazioni

=> 3 satellitiEsistono diverse fonti sistematiche di errore che si traducono in errori di misura di posizione del punto:

- errori di sfasamento degli orologi:10 100~ 10-100m

- ritardi di propagazione del segnale nella troposfera (0 15 km) e ionosfera (50

WGS84

nella troposfera (0-15 km) e ionosfera (50-500 km):

~ 20-60m

- errori di posizione del satellite:~ 20-40m

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Sfasamento degli orologiSfasamento degli orologi

Se gli orologi del satellite e del ricevitore non sono sincroni la misura del tempo di viaggio p ggdel segnale è affetta da errore.

(1 nanosecondo (10-9 sec) = 30 cm in distanza!)( ( ) )

∆t (misurato) = ∆t (vero) + dτ (sfasamento)∆t (misurato) = ∆t (vero) + dτ (sfasamento)

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Ritardi di propagazioneRitardi di propagazione

Poiché l’onda non viaggia nel vuoto è soggetta a fenomeni di rifrazione e ggdiffrazione ed il percorso non è lineare.Si misurano due ritardi:Si misurano due ritardi:

dionosfera – dtroposfera

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Correzione degli erroriCorrezione degli errori

∆τ si stima come incognita osservando un 4° satellitedionosfera si stima modellizzandolod i ti d lli d ldtroposfera si stima modellizzandolo

( ) ( ) ( ) ( ) ( ) troposferaionosferaps

ps

pss

p ddcZZYYXXtctP ++Δ⋅+−+−+−=Δ⋅= τ222

misuratonotomodellato4 incognite => 4 equazioni

> 4 t lliti

Massimiliano Cannata SUPSI, Genio Civile: Corso C111.01 – Geomatica

incognito=> 4 satelliti

Misure di faseMisure di faseIl fenomeno ondulatorio:

f

- c vel. propagazione della luce- f frequenza ( Hz = cicli/sec. )λ= c T lunghezza d’onda (metri)

da notare:- λ= c·T lunghezza d onda (metri)- A ampiezza d’onda (metri)- T = 1/f periodo (sec.)ϕ = f·∆t + ϕ fase (cicli)

- f = dϕ/dt- c = fλ

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- ϕ = f·∆t + ϕ0 fase (cicli)- ϖ = 2π/T pulsazione (rad/sec.)

Misure di faseMisure di faseequazioni:

( ) troposferaionosferasp ddctctP ++Δ⋅+=Δ⋅= τρ X

cf =

( )troposferaionosfera ddcf

cfc

cf

cftc +⋅+⋅Δ⋅+⋅=⋅Δ⋅ τρ =

( ) ( ) ( )troposferaionosferaRs

RsR dd

cfdTdtf

cfT +⋅+−⋅+⋅

=ρϕ

Q d d il i it l t T l iQuando accendo il ricevitore al tempo TR(0) posso solo misurare la parte fratta della differenza di fase tra il segnale ricevuto e quello replicato.

ϕ(TR(0))

Massimiliano Cannata SUPSI, Genio Civile: Corso C111.01 – GeomaticaTR(0)

Misure di faseMisure di faseequazioni:

( ) ( ) ( ) ( ))0(RsRtroposferaionosferaR

sR

sR TNdd

cfdTdtf

cfT −+⋅+−⋅+⋅

=ρϕ

cc

ambiguità iniziale

ϕ(TR(0))NsR(TR)

Anche in questo caso persistono le stesse problematiche:- sfasamento orologi

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- ritardo tropo-ionosferico

Misure di fase: differenze singoleMisure di fase: differenze singoles

( ) ( ) sitroposferaionosferai

ssis

i NddcfdTdtf

cf

−+⋅+−⋅+⋅

=ρϕ

( ) ( )s ff ⋅ ρ ( ) ( ) s

jtroposferaionosferajsjs

j NddcfdTdtf

cf

−+⋅+−⋅+⋅

ϕ

( ) ( ) ( )f ( ) ( ) ( )si

sjij

sj

si

sij NNdTdTf

cf

−−−⋅+−⋅= ρρϕij

• si eliminano gli errori degli orologi dei satelliti• si eliminano gli errori atmosferici ma solo per basi corte (<10-15 Km)g p ( )

• configurazione minima 2 ricevitori, 4 satelliti, 4 osservazioni

02

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• varianza 2 volte l’originale, misure incorrelate20022 ⋅=ΔΔ σC

Misure di fase: differenze doppieMisure di fase: differenze doppieh

k ( ) ( ) ( )fk ( ) ( ) ( )hi

hjij

hj

hi

hij NNdTdTf

cf

−−−⋅+−⋅= ρρϕ

( ) ( ) ( )kkkkk f

( ) ( )[ ] ( ) ( )[ ]f

( ) ( ) ( )ki

kjij

kj

ki

kij NNdTdTf

cf

−−−⋅+−⋅= ρρϕ

( ) ( )[ ] ( ) ( )[ ]ki

kj

hi

hj

kj

ki

hj

hi

hkij NNNN

cf

−−−−−−−⋅= ρρρρϕij

hkN∇Δ• si eliminano gli errori degli orologi dei ricevitori

hkijN∇Δ

• configurazione minima 2 ricevitori, 4 satelliti, 3 osservazioni

• varianza 4 volte l’originale misure correlate 012 −

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varianza 4 volte l originale, misure correlate

2101212 2

−−−⋅=∇Δ∇Δ σC

Correzione degli erroriCorrezione degli errori

∆τ si elimina con differenze doppiedi f si elimina con differenze (basi corte)dionosfera si elimina con differenze (basi corte)dtroposfera si elimina con differenze (basi corte)

osservazioni (ϕih)

minimi quadrati

parametri stimati(∆X, ∆Y, ∆Z, )

precisione

hkijN∇Δ

precisione delle stimeprecisione

osservazioni (σ)

legame tra

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legame tra osservate ed incognite (C)

Ambiguità di faseAmbiguità di faseN è un numero intero quindi scelgo l’intero piùN è un numero intero, quindi scelgo l intero più vicino al valore stimato dai minimi quadrati

fi l’ bi ità i i i l i ti l lfisso l’ambiguità iniziale e poi stimo solo le coordinate dei ricevitori.

33

+3σ-3σ

+3σ-3σ

ŇNi+1 Ni+2

Ni

S l il l di N i l i 3 è iù di il ti t t

Ň

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Scelgo il valore di N incluso in ±3σ, se ce ne è più di uno uso il ratio test:(compenso usando tutti i valori di N compresi e poi scelgo quelli col σ minore)

Misure di fase: differenze tripleMisure di fase: differenze triplef

( ) ( )[ ] ( ) ( )[ ]f

( ) ( )[ ] ( ) ( )[ ]11 t

ki

kj

hi

hjt

kj

ki

hj

hi

hkij NNNN

cf

−−−−−−−⋅= ρρρρϕh k h’

k’ ( ) ( )[ ] ( ) ( )[ ]22 t

ki

kj

hi

hjt

kj

ki

hj

hi

hkij NNNN

cf

−−−−−−−⋅= ρρρρϕk

( ) ( )[ ] ( ) ( )[ ]ff

ji

( ) ( ) ( )[ ] ( ) ( )[ ]2121 t

kj

ki

hj

hit

kj

ki

hj

hi

hkij c

fcftt ρρρρρρρρϕ −−−⋅−−−−⋅=

j

• si eliminano le ambiguità di fase se non ci sono interruzioni• osservazioni correlate• cattivo rapporto S/R• cattivo rapporto S/R

Cycles slipsCycles slipsSe si interrompe la ricezione del segnale del satellite il ricevitore perde il di i li i t i i t i t l’i t i d il i i ti d llil numero di cicli interi intercorsi tra l’interruzione ed il ripristino della ricezione nuova ambiguità di fase incognita

ϕ(TR(0))NsR(TR)

nuova incognita

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Cycles slipsCycles slipsla rimozione di cycles slips avviene in y ppre-processamento utilizzando diverse tecniche:

– tecnica manuale

– tecnica automatica– tecnica automatica• ricevitore singolo

– misure fase-range– combinazione delle portanti– wide lane

• due ricevitori• due ricevitori– differenza singola di fase– differenza doppia di fase

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– differenza tripla di fase

Cycles slips:Cycles slips:misure fase-range( ) ( )( ) ( ) ( )( ) NnoisettttttcPR Δ+=−−Δ−Δ⋅=− λϕϕλρρ ϕ 1212

∆N si può determinare con incertezza di 10 cicli

g

∆N si può determinare con incertezza di ~ 10 cicli

combinazione delle portanti( ) ( ) ( ) oionosfericeffettoN

ffNt

fftt LLLLion +−=−= 2

2

112

2

11 ϕϕϕ

combinazione delle portanti

ff 22

- effetto ionosferico è piccolo per basi corte- osservando ϕion nel tempo si evidenziano i cycles slip:

- salto = 1 per cycle slips solo in L1- salto = 1 per cycle slips solo in L1- salto = -1.28 per cycle slips solo in L2- salto = -0.28 per cycle slips in L1 e L2

- limite:

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limite: - effetto ionosferico = rumore, - difficile ripartire salti > 1 ciclo sulle 2 portanti

Cycles slips:Cycles slips:combinazione wide lane21 LLWL ϕϕϕ −= 21 LLWL fff −= cmfc WLWL 2.86==λ

differenze doppie

è più semplice identificare i salti ∆NWL da cui si possono ricavare poi ∆NL1 e ∆NL2

differenze doppieosservando gli scarti tra ϕij

hk(t’)- ϕijhk(t) si evidenziano dei salti se le ambiguità di

fase sono diverse

hk) cycle slip ∆N

d(ϕ i

jh

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t1 tt2

Cycles slips:Cycles slips:

differenze tripleosservando gli scarti tra δϕij

hk(t’)- δϕijhk(t) si evidenziano dei salti se le ambiguità

di fase sono diversedi fase sono diverse)

cycle slip ∆Nd(δϕ

ijhk)

t1 t

y p

t2

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MultipathMultipath

• Il segnale arriva al ricevitore dopo una riflessione e quindi la distanza misurata è qpiù lunga.

• Schermi per segnali provianenti dal basso o laterali

• Eliminazione di segnali con polarizzazione inversa (solo 1 ifl i )riflessione)

• Scelta di un punto di posizionamento opportuno

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posizionamento opportuno

Errore di centro di fase dell’antennaErrore di centro di fase dell antenna

Il centro di fase dell’antenna non è noto con precisione assoluta.p

•CF=f(elevaz(Z),azimut(α),freq(f1/f2))

•Si suppone l’antenna isotropa e si usano parametri di calibrazione relativi e

l tiassoluti

•Si trovano su: NordNordhttp://www.ngs.noaa.gov/ANTCAL/

Per basi corte se le antenne sono orientate A Ad reale

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allo stesso modo la base misurata è “uguale” a quella reale

B Bd misurata

riassumendoriassumendo( ) MPCVONTITd ssss δδδλδδδδλ ( ) MPCVONTITtcd s

RRss

RmissR δδδλδδδδϕλϕ ++++++−⋅+=⋅=

distanzaric-sat errore

orologierrore

ionosfericoambiguità

di fase

errore centro antennag

erroretroposferico

errore di orbita

antenna

errore multipathp

si eliminacon differenze

si eliminacon modelli e differenzesi stima quella

si usano effemeride posizionee differenze

iniziale e quella dovutaa cycles slips

precise e basi corte

si usano parametri

di staz.opportuna

basi corte ~ 10 Km

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si usano parametricalibraz e orientamento

uguale su basi corte

basi corte ~ 10 Km

configurazioni robusteconfigurazioni robuste

La robustezza della geometria si misura gcon il DOP (Diluition Of Precision)Of Precision)

bisogna evitare geometriegeometrie

“sbilanciate”

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configurazioni robusteconfigurazioni robuste

• In particolare si definisce il PDOP (Position Diluition Of Precision) che si ( )suddivide in:

• HDOP (Horizontal dilution of precision)HDOP (Horizontal dilution of precision)• VDOP (Vertical dilution of precision)

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configurazioni robusteconfigurazioni robuste

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Precisione ed accuratezzaPrecisione ed accuratezza

• Accuratezza: si riferisce alla qualità della misura

• Precisione: si riferisce alla ripetibilità di una misura

Misura accurata Misura precisa Misura precisa ed accurataMisura accurata p p

Aspetti pratici delle misure GPSp pProgramma della presentazione

Metodologie di rilievo GPS e precisioni

Trasformazione di coordinate

Pianificazione e realizzazione di una campagna GPS

Trattamento delle misure effettuate

Pianificazione e realizzazione di una campagna GPS

Analisi dei risultati ottenuti

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Metodologie di rilievo GPS e precisioni

Trasformazione dicoordinate

Pianificazione e realizzazione di una campagna GPS

Trattamento dellemisure effettuate

Analisi deirisultati ottenuti

Schema riassuntivoMETODOLOGIE GPSMETODOLOGIE GPS

CODICE FASETipo d’osservazione

(quale segnale GPS?)

Tempo reale Post-trattamento Tempo reale Post-trattamento

(quale segnale GPS?)

Assoluto Relativo Assoluto Relativo Assoluto Relativo Assoluto Relativo

Modo di posizionamento(strategia adottata)

3 - 15 m 0.3 - 1.5 m 2 - 5 m 0.2 - 1.5 m Nessunaapplicazione 1 - 10 cm Nessuna

applicazione 0.1 - 10 cm

DGPS RTK-GPS

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Metodologie di rilievo GPS e precisioni

Trasformazione dicoordinate

Pianificazione e realizzazione di una campagna GPS

Trattamento dellemisure effettuate

Analisi deirisultati ottenuti

Posizionamento assoluto o relativo ?Il i t GPS d t i l i i d l i it t it i t iIl sistema GPS determina la posizione del ricevitore tramite intersezionedi distanze. Queste sono misurate tramite osservazioni sul CODICE o Sulla FASE

Possiamo quindi calcolare :

La posizione del ricevitore in modoassoluto (posizionamento assoluto)

1 solo ricevitore

La differenza di coordinate tra 2 o più

1 solo ricevitore,minimo 4 satelliti

pricevitori (posizionamento relativo o differenziale)

minimo 2 ricevitori,i i lt

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misure simultaneesugli stessi satelliti

Metodologie di rilievo GPS e precisioni

Trasformazione dicoordinate

Pianificazione e realizzazione di una campagna GPS

Trattamento dellemisure effettuate

Analisi deirisultati ottenuti

Metodologie di rilievo più utilizzate (1) M d di i i t l tl t i lModo di posizionamento assolutoassoluto, in generale [CODICE]

Precisione max 2 mmax 2 m: insufficiente per il pmonitoraggio geologico

M d di i i t l til ti DGPSDGPSModo di posizionamento relativorelativo – DGPSDGPS [CODICE]

Precisione max 0.3max 0.3 m : insufficiente per il monitoraggiomonitoraggio geologico

PRC (PseudoRange Correction)PRC (PseudoRange Correction)==

• 2 ricevitori, misure simultanee di stessi satellitiInvia

correzioni

==PR Osservate PR Osservate –– PR CalcolatePR Calcolate

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• comunicazione radio (UHF, VHF, FM, ecc.), natel (GSM, GPRS, ecc.), Internet

Riceve correzioni

Metodologie di rilievo GPS e precisioni

Trasformazione dicoordinate

Pianificazione e realizzazione di una campagna GPS

Trattamento dellemisure effettuate

Analisi deirisultati ottenuti

Metodologie di rilievo più utilizzate (2) Modo di posizionamento relativorelativo RTKRTKModo di posizionamento relativorelativo – RTK RTK [FASE]

Precisione ancora insufficiente per il monitoraggio

Risoluzione delle ambiguità di ciclo sul terrenoed ottenimento delle coordinate del ricevitore monitoraggio

geologico

anche in questo caso come DGPS :

ed ottenimento delle coordinate del ricevitoreitinerante (rover) in tempo reale con precisione 1 1 –– 2 cm + 2 ppm2 cm + 2 ppm

anche in questo caso, come DGPS :

PRC (PseudoRange Correction)PRC (PseudoRange Correction)==

PR OsservatePR Osservate –– PR CalcolatePR Calcolatei(N ) t

i(f )

Satellite i Ricevitore k

PR Osservate PR Osservate PR CalcolatePR Calcolate(N )k tb(f )

k tb

Servizio AGNESAGNES – Swisstopo(Automatisches GPS Netz Schweiz)(Automatisches GPS Netz Schweiz)

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Metodologie di rilievo GPS e precisioni

Trasformazione dicoordinate

Pianificazione e realizzazione di una campagna GPS

Trattamento dellemisure effettuate

Analisi deirisultati ottenuti

M d di i i t l til ti P t T tt tP t T tt t

Metodologie di rilievo più utilizzate (3)

Precisione OK per il monitoraggio

Modo di posizionamento relativorelativo – Post Trattamento Post Trattamento [FASE]

Risoluzione delle ambiguità di ciclo in ufficiocon programmi specifici (esempio SKI Pro Leica) gg

geologicocon programmi specifici (esempio SKI Pro Leica)ed ottenimento delle coordinate del ricevitoreitinerante (rover) dopo il Post Trattamentocon precisione 2 mm + 1 ppm2 mm + 1 ppmcon precisione 2 mm + 1 ppm2 mm + 1 ppm

Si differenzia da RTK per il fatto che :

lo stazionamento sui punti misurati é prolungato per cui, mododi posizionamento STATICOSTATICO o STATICOSTATICO--RAPIDORAPIDO

non é necessaria la comunicazione (radio, natel, ecc.) tra Referenza e Rover

Metodologie di rilievo GPS e precisioni

Trasformazione dicoordinate

Pianificazione e realizzazione di una campagna GPS

Trattamento dellemisure effettuate

Analisi deirisultati ottenuti

Metodologia RTK con posizionamento STATICO-RAPIDOSTATICO RAPIDO

Generalmente utilizzato nelle aree alpine per le misure di precisione (PFP della MU, Punti di MONITORAGGIO)( )

poiché :• posso verificare se Ambiguità vengono risolte sul terreno « ostruito » quindi risparmio tempo e sono più produttivo

h tt t ll i t i d ll f ( i b tt i )• ho sotto controllo i parametri della referenza (es. carica batterie)

Devo però :• disporre di una comunicazione Referenza - Rover (in genere radio) a volte deboledisporre di una comunicazione Referenza Rover (in genere radio) a volte debole

RReferenza

Coordinate conosciute

RoverStazionamento prolungato

~ 20 minuti

Metodologie di rilievo GPS e precisioni

Trasformazione dicoordinate

Pianificazione e realizzazione di una campagna GPS

Trattamento dellemisure effettuate

Analisi deirisultati ottenuti

Riassumendo Tipo

d’osservazioneModo di

posizionamentoMetodologia di

rilievoPrecisione

CODICE Assoluto navigazione 2 – 10 m

CODICE Relativo DGPS 0.3 – 1.5 m

FASE Relativo Statico 2 mm + 1 ppm2 mm + 1 ppm

FASE Relativo Statico-rapido 2 mm + 2 ppm2 mm + 2 ppm

FASE R l ti RTK 1 2 2FASE Relativo RTK 1 a 2 cm + 2 ppm

Metodologie di rilievo GPS e precisioni

Trasformazione dicoordinate

Pianificazione e realizzazione di una campagna GPS

Trattamento dellemisure effettuate

Analisi deirisultati ottenuti

Sistemi di riferimento geodeticiZ Z Z

Y

Z

Y

Z

Y

Z

GlobaleX

Y

ContinentaleX

Y

RegionaleX

Y

WGS 84WGS 84 ~ WGS 84 ~ WGS 84

MN95MN953 Traslazioni3 Traslazioni

GRANITGRANIT7 Parametri7 Parametri

Z

A

YBessel

FINELTRA

SV

IZZE

RA

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LocaleCH1903+ / MN95XLocale

CH1903 / MN03

S

Metodologie di rilievo GPS e precisioni

Trasformazione dicoordinate

Pianificazione e realizzazione di una campagna GPS

Trattamento dellemisure effettuate

Analisi deirisultati ottenuti

T l t f i di di tTappe per la trasformazione di coordinate(caso CH)

Trovo : long, lat e HWGS84 (sull’ellissoide globale)

Tasformo in : Y, X e Hellips Bessel (sull’ellissoide locale), ellips. Bessel ( )

Correggo in : HGeoide = Hellips. Bessel + N (quota geoide)

Geoide: forma

geoide)

Geoide: forma fisica della terra.N

Ellissoide di rivoluzione: forma della

Massimiliano Cannata SUPSI, Genio Civile: Corso C111.01 – Geomatica

Ellissoide di rivoluzione: forma della terra descritta da equazioni matematiche.

Metodologie di rilievo GPS e precisioni

Trasformazione dicoordinate

Pianificazione e realizzazione di una campagna GPS

Trattamento dellemisure effettuate

Analisi deirisultati ottenuti

Tappe per la trasformazione di coordinate(caso CH nel dettaglio)

Scopo : da coordinate WGS 84WGS 84 a coordinate nazionali con altezze usualicoordinate nazionali con altezze usuali

Coordinate geocentriche cartesiane WGS 84WGS 84X, Y, Z

GRANIT P i l li ( f d)

Coordinate geocentriche cartesiane CH1903CH1903X’, Y’, Z’

GRANIT o Parametri locali (trasf. coord)

GPS

REF

, ,

Coordinate nazionali ed altezze ellissoidali

Proiezione svizzera o locale

G

y, x, h

C di t i li d lt li

Quota del geoide

Geo

98

Massimiliano Cannata SUPSI, Genio Civile: Corso C111.01 – Geomatica

Coordinate nazionali ed altezze usualiy, x, HC

H

Metodologie di rilievo GPS e precisioni

Trasformazione dicoordinate

Pianificazione e realizzazione di una campagna GPS

Trattamento dellemisure effettuate

Analisi deirisultati ottenuti

Esempi praticiProgrammi specificiProgrammi specifici

Esempio : GPSREF (Swisstopo)Esempio : GPSREF (Swisstopo)SKI-Pro (Leica)CHGeo98 (Swisstopo)…

Portali onPortali on--lineline

Esempio : GPSREF e CHGeo98 on-line

TransCoCo (EPFL)http://www.swisstopo.ch/fr/online/calculation/georef/

http://topo.epfl.ch/documents/transcoco/transcoco.php

Metodologie di rilievo GPS e precisioni

Trasformazione dicoordinate

Pianificazione e realizzazione di una campagna GPS

Trattamento dellemisure effettuate

Analisi deirisultati ottenuti

Tappe principaliScelta della metodologia GPSSopprattutto in funzione : 1.Precisione finale richiesta1.Precisione finale richiesta, 2.Equipaggiamento a disposizione2.Equipaggiamento a disposizione

[FASE], relativo : es. Statico Rapido

F t i i ifi i d ll GPSFase preparatoria o pianificazione della campagna GPS• Raccolta dati e materiale (carte, coordinate indicative dei punti, ecc.)

• Ricognizione (conoscenza terreno, ostruzioni, scelta Referenza, ecc.)Ricognizione (conoscenza terreno, ostruzioni, scelta Referenza, ecc.)

• Pianificazione dettagliata delle misure (liste di passaggio sui punti)

• Configurazione degli strumenti (Jog, Configure, Stake Out, ecc.)

C l li GPS + t f i di t

Misure sul terreno o osservazioni GPS

Calcoli GPS + trasformazione coordinate

Calcoli di compensazione ed ottenimento delle coordinate definitive

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Spostamento del punto = T Spostamento del punto = T NN –– T T NN--11

Metodologie di rilievo GPS e precisioni

Trasformazione dicoordinate

Pianificazione e realizzazione di una campagna GPS

Trattamento dellemisure effettuate

Analisi deirisultati ottenuti

Pianificazione della campagna GPS (1)• Raccolta dati e materiale• Raccolta dati e materiale

Utile una buona carta per spostarsi sul terreno, come pure protocolli

• Ricognizione

Lista ostruzioni con carta del cielo(utili per previsioni satellitari)

• Scelta della REFERENZA : punto « libero » con pochissime ostruzioni• Scelta della REFERENZA : punto « libero » con pochissime ostruzioni, ben materializzato, linee di base corte (< 5 km),accessibile

Metodologie di rilievo GPS e precisioni

Trasformazione dicoordinate

Pianificazione e realizzazione di una campagna GPS

Trattamento dellemisure effettuate

Analisi deirisultati ottenuti

Pianificazione della campagna GPS (2)• Pianificazione dettagliata delle misure• Pianificazione dettagliata delle misure

Lista di passaggio o orari di stazionamento sui punti, previsioni satellitari sui punti perGDOP (< 3) per ottimizzare la misura

Satellite Availability

• Configurazione degli strumentiREFERENZA + ROVERREFERENZA + ROVER jobjob

configureIntroduzione coordinate della REFERENZA

Metodologie di rilievo GPS e precisioni

Trasformazione dicoordinate

Pianificazione e realizzazione di una campagna GPS

Trattamento dellemisure effettuate

Analisi deirisultati ottenuti

Misure o osservazioni GPS (1)DIRETTIVEDIRETTIVE CHCH

É come misurare i punti fissi della MUÉ come misurare i punti fissi della MUDirettive federali su reti 1996Direttive federali su reti 1996

DIRETTIVEDIRETTIVE

Misurare la rete 2 volte : • 1 Andata (una o più sessioni)

1 Rit ( iù i i)• 1 Ritorno (una o più sessioni)

Possibilmente cambiamento REFERENZA tra andata e ritorno

Metodologie di rilievo GPS e precisioni

Trasformazione dicoordinate

Pianificazione e realizzazione di una campagna GPS

Trattamento dellemisure effettuate

Analisi deirisultati ottenuti

Misure o osservazioni GPS (2)MATERIALIZZAZIONE DEI PUNTI DI MONITORAGGIOMATERIALIZZAZIONE DEI PUNTI DI MONITORAGGIOMATERIALIZZAZIONE DEI PUNTI DI MONITORAGGIOMATERIALIZZAZIONE DEI PUNTI DI MONITORAGGIO

Per una maggior precisione di posizionamento,Ideale la Vite in ottone

Centro del punto

Posizionatabile per esempio su rocce affioranti o elementi costruiti

Ideale anche per posizionamento di altri strumenti

Metodologie di rilievo GPS e precisioni

Trasformazione dicoordinate

Pianificazione e realizzazione di una campagna GPS

Trattamento dellemisure effettuate

Analisi deirisultati ottenuti

Calcoli GPS + trasformazione coordinate Per ogni sessione, misurata con metodo differenziale :Per ogni sessione, misurata con metodo differenziale :

1. Definisco i parametri di Post-trattamento(es. modello atmosferico, definire Ref e Rover, ecc.)

2. Ottenimento delle linee di base,quindi coordinate precise

CalcoloCalcolo

Calcolo

3. Trasformazione coordinatenel sistema voluto ed export

Metodologie di rilievo GPS e precisioni

Trasformazione dicoordinate

Pianificazione e realizzazione di una campagna GPS

Trattamento dellemisure effettuate

Analisi deirisultati ottenuti

Calcolo di compensazione edottenimento delle coordinate definitive

Leggermente differenti

Anche se stessa rete

Misure ANDATA Misure RITORNO

gg

Costellazione, condizioni atmosferiche, ecc. DIFFERENTI

Calcolo di compensazioneminimi quadrati : Sv2 = min

C di t d fi iti d i ti di it iC di t d fi iti d i ti di it i

Massimiliano Cannata SUPSI, Genio Civile: Corso C111.01 – Geomatica

Coordinate definitive dei punti di monitoraggioCoordinate definitive dei punti di monitoraggio

Metodologie di rilievo GPS e precisioni

Trasformazione dicoordinate

Pianificazione e realizzazione di una campagna GPS

Trattamento dellemisure effettuate

Analisi deirisultati ottenuti

Esempio di calcolo compensatorio Listato di calcolo con parametri di precisione ed affidabilità dei puntiListato di calcolo con parametri di precisione ed affidabilità dei puntidi monitoraggio

Precisioni

Metodologie di rilievo GPS e precisioni

Trasformazione dicoordinate

Pianificazione e realizzazione di una campagna GPS

Trattamento dellemisure effettuate

Analisi deirisultati ottenuti

Vettori di spostamento dei punti di monitoraggiomonitoraggio

Spostamento del punto = coordinateT Spostamento del punto = coordinateT NN –– coordinateT coordinateT NN--11

T T NN--11 : Campagna di misura ad epoca T : Campagna di misura ad epoca T NN--11

T T NN : Campagna di misura ad epoca T : Campagna di misura ad epoca T NN

Lunghezza NONLunghezza NONinferiore alla precisioneinferiore alla precisione

di determinazionedi determinazionedi determinazionedi determinazionese accade

Movimento non certoMovimento non certo

Per esperienza errore medio di determinazione del vettoredi spostamento: ~ 10 mm in planimetria e ~ 15 mm in altimetria

Metodologie di rilievo GPS e precisioni

Trasformazione dicoordinate

Pianificazione e realizzazione di una campagna GPS

Trattamento dellemisure effettuate

Analisi deirisultati ottenuti

Val Canaria (Airolo)

Secondo le esigenze del geologo scelta :del geologo, scelta :

Punti d’appoggio(fissi per spostamenti assoluti)

Punti di controllo

Misure, calcolie risultati

Metodologie di rilievo GPS e precisioni

Trasformazione dicoordinate

Pianificazione e realizzazione di una campagna GPS

Trattamento dellemisure effettuate

Analisi deirisultati ottenuti

Cerentino

• 24 punti misurati• 1 referenza + 3 rover• 32 ore di lavoro32 ore di lavoro(1 andata e 1 ritorno)

• 5 mm planim. 8 mm altim.• Spostam. tot. ~ 3 - 4 cm

100 CHf t

Massimiliano Cannata SUPSI, Genio Civile: Corso C111.01 – Geomatica

~ 100 CHfr a punto