Sokkia 1

GPSGPS

Introduzione alla tecnologia di Introduzione alla tecnologia di posizionamento posizionamento GNSSGNSS

SOKKIASOKKIA

Sokkia 2

Che cosChe cos’’ èè il GPSil GPS

�� Un sistema di posizionamento estremamente precisoUn sistema di posizionamento estremamente preciso

�� Creato e gestito dal Ministero della Difesa AmericanoCreato e gestito dal Ministero della Difesa Americano

�� Nato per esigenze MilitariNato per esigenze Militari

�� Sviluppato in previsione delle potenziali applicazioni civiliSviluppato in previsione delle potenziali applicazioni civili

�� Basato su una costellazione di satelliti artificialiBasato su una costellazione di satelliti artificiali

Sokkia 3

Dati storici del GPSDati storici del GPS

�� Il sistema Il sistema èè in continua evoluzione dal 1973in continua evoluzione dal 1973

�� Il primo satellite Il primo satellite èè stato lanciato nel 1978stato lanciato nel 1978

�� La costellazione La costellazione èè stata ultimata nel 1994stata ultimata nel 1994

�� Una nuova generazione di satelliti (Blocco IIR) sta Una nuova generazione di satelliti (Blocco IIR) sta rimpiazzando quelli del blocco I e IIrimpiazzando quelli del blocco I e II

�� Il tutto Il tutto èè gestito dal gestito dal DoDDoD (Dipartimento della Difesa (Dipartimento della Difesa Americano)Americano)

Sokkia 4

Il Sistema GPSIl Sistema GPS

EE’’ costituito da 3 particostituito da 3 parti

�� Il segmento SPAZIALEIl segmento SPAZIALE

�� Il segmento di CONTROLLOIl segmento di CONTROLLO

�� Il segmento UTENZAIl segmento UTENZA

Sokkia 5

Il segmento spazialeIl segmento spaziale

�� 24 Satelliti orbitanti24 Satelliti orbitanti�� Orbite circolari su 6 piani orbitali paralleli inclinati di 55Orbite circolari su 6 piani orbitali paralleli inclinati di 55°°

rispetto al piano equatorialerispetto al piano equatoriale

�� 4 satelliti equidistanti su ogni piano orbitale4 satelliti equidistanti su ogni piano orbitale

Orbite molto alteOrbite molto altealtezza 20.200 Kmaltezza 20.200 Km

periodo di rivoluzione 11 ore 58 minutiperiodo di rivoluzione 11 ore 58 minuti

ll’’ altezza fornisce maggiore precisione e sicurezzaaltezza fornisce maggiore precisione e sicurezza

Sokkia 6

Il segmento di controlloIl segmento di controllo

�� 4 Stazioni di monitoraggio a terra4 Stazioni di monitoraggio a terra�� Diego GarciaDiego Garcia

�� AscentionAscention IslandIsland

�� KwajaleinKwajalein

�� HawaiiHawaii

Trasmettono le nuove effemeridi,Trasmettono le nuove effemeridi,

la correzione per gli orologi, ecc.la correzione per gli orologi, ecc.

Sokkia 7

Il segmento utenzaIl segmento utenza

�� Utilizzatori ai fini della navigazione area, marittima e Utilizzatori ai fini della navigazione area, marittima e terrestreterrestre

�� Utilizzatori per applicazioni geodetiche e Utilizzatori per applicazioni geodetiche e topografichetopografiche

Sokkia 8

Struttura del segnaleStruttura del segnale

�� Due frequenzeDue frequenze portanti in banda L:portanti in banda L:

•• L1 L1 -- 1575.42 MHz1575.42 MHz•• L2 L2 -- 1227.60 MHz1227.60 MHz

�� Tre modulazioniTre modulazioni (codici):(codici):•• Due codici per la determinazione della distanzaDue codici per la determinazione della distanza•• Codice (C/A):Codice (C/A): Solo su L1, Solo su L1, freqfreq. 1023 MHz, . 1023 MHz,

lunghlungh. 293m. 293m•• Codice (P):Codice (P): P1 su L1 e P2 su L2, P1 su L1 e P2 su L2, freqfreq. 10.23 MHz . 10.23 MHz

lunghlungh. 29.3m. 29.3m

Un codice di messaggio (NAVDATA) su entrambe le frequenze:Un codice di messaggio (NAVDATA) su entrambe le frequenze:�� Dati di correzione (orbite e clock)Dati di correzione (orbite e clock)�� Stato dei satelliti (orbite e stato di salute)Stato dei satelliti (orbite e stato di salute)

Sokkia 9

Quanto Quanto èè preciso ?preciso ?

�� Dipende da alcune variabiliDipende da alcune variabili�� Tempo impiegato nella misuraTempo impiegato nella misura

�� Tipo di ricevitori utilizzatiTipo di ricevitori utilizzati

�� Algoritmo di correzione applicato alle misureAlgoritmo di correzione applicato alle misure

�� Da 30 a 100 metriDa 30 a 100 metri per qualunque ricevitore utilizzato per qualunque ricevitore utilizzato in modo autonomoin modo autonomo

�� Da 1 a 5 metriDa 1 a 5 metri per ricevitori in modalitper ricevitori in modalitààdifferenziale DGPSdifferenziale DGPS

�� Precisione > 1cmPrecisione > 1cm per i sistemi piper i sistemi piùù sofisticatisofisticati

Sokkia 10

11 La La trilaterazionetrilaterazione dai satelliti dai satelliti èè la base del sistema GPSla base del sistema GPS

22 Il GPS misura la distanza dai satelliti conoscendo il tempo Il GPS misura la distanza dai satelliti conoscendo il tempo

impiegato e velocitimpiegato e velocitàà del segnaledel segnale

33 Per calcolare la distanza occorre un buon orologio e un quarto Per calcolare la distanza occorre un buon orologio e un quarto

satellitesatellite

44 I satelliti trasmettono la loro posizione e I satelliti trasmettono la loro posizione e

conoscendone la distanza, conoscendone la distanza, èè possibile possibile

calcolare la posizione del ricevitorecalcolare la posizione del ricevitore

55 Si analizzano infine i vari errori Si analizzano infine i vari errori

dovuti alla propagazione dovuti alla propagazione

del segnale nelldel segnale nell’’ atmosfera atmosfera

e alla geometria dei satellitie alla geometria dei satelliti

Come funziona ?Come funziona ?

d1

d2d3

d4

Sokkia 11

TrilaterazioneTrilaterazione con il GPScon il GPS

Una sola misura di distanza da un punto (1 satellite) individua Una sola misura di distanza da un punto (1 satellite) individua la la nostra posizione ovunque sulla superficie di una sfera.nostra posizione ovunque sulla superficie di una sfera.

20.000 KM20.000 KM

Noi ci troviamo in un punto Noi ci troviamo in un punto qualunque sulla superficie qualunque sulla superficie della sferadella sfera

Sokkia 12

TrilaterazioneTrilaterazione con il GPScon il GPS

20.200 KM20.200 KM

Una seconda misura indica Una seconda misura indica la nostra posizione sullla nostra posizione sull’’intersezione di due sfereintersezione di due sfere

LL’’ intersezione di due sfere intersezione di due sfere èè una circonferenzauna circonferenza

20.000 km20.000 km

Sokkia 13

TrilaterazioneTrilaterazione con il GPScon il GPS

20.200 KM20.200 KM

Una terza misura individua solo due puntiUna terza misura individua solo due punti

20.000 km20.000 km

20.400 km20.400 km

Punti individuati Punti individuati dalla intersezione dalla intersezione di tre sferedi tre sfere

Sokkia 14

TrilaterazioneTrilaterazione con il GPScon il GPS

20.200 KM20.200 KM

Una quarta misura toglie ogni dubbioUna quarta misura toglie ogni dubbio

20.000 km20.000 km

20.400 km20.400 km

Quattro misure Quattro misure identificano un identificano un solo puntosolo punto

Sokkia 15

TrilaterazioneTrilaterazione con il GPScon il GPS

●● In teoria tre misure sono sufficientiIn teoria tre misure sono sufficienti

●● Uno dei due punti può essere eliminato perchUno dei due punti può essere eliminato perchéé assurdo (si trova assurdo (si trova chisschissàà dove nello spazio e si muove ad altissima velocitdove nello spazio e si muove ad altissima velocitàà))

●● Abbiamo comunque bisogno del quarto satellite perchAbbiamo comunque bisogno del quarto satellite perchéé ci sono 4 ci sono 4 incognite da risolvere:incognite da risolvere:

�� LatitudineLatitudine

�� LongitudineLongitudine

�� QuotaQuota

�� TEMPO TEMPO

Sokkia 16

Distanza dai satellitiDistanza dai satelliti

•• Misura della distanza da un satelliteMisura della distanza da un satellite

•• Si misura il tempo impiegato dal segnale a compiere il percorso Si misura il tempo impiegato dal segnale a compiere il percorso SatelliteSatellite--RicevitoreRicevitore

•• Si moltiplica il tempo impiegato per la velocitSi moltiplica il tempo impiegato per la velocitàà della luce:della luce:

Tempo (s) x 300.000 (km/s) = DistanzaTempo (s) x 300.000 (km/s) = Distanza

•• EE’’ necessario sapere esattamente quando il segnale necessario sapere esattamente quando il segnale èè stato stato trasmessotrasmesso

•• EE’’ indispensabile avere un ottimo orologio.indispensabile avere un ottimo orologio.

Sokkia 17

Distanza dai satellitiDistanza dai satelliti

Come si fa a sapere quando il segnale Come si fa a sapere quando il segnale èè partito ?partito ?•• Si usa lo stesso codice (sequenza di impulsi) sul satellite e Si usa lo stesso codice (sequenza di impulsi) sul satellite e

sul ricevitoresul ricevitore

•• Si sincronizza lSi sincronizza l’’ orologio del ricevitore con quello dei satellitiorologio del ricevitore con quello dei satelliti

•• In questo modo satelliti e ricevitori generano lo stesso In questo modo satelliti e ricevitori generano lo stesso codice nello stesso istantecodice nello stesso istante

•• EE’’ ora possibile comparare il codice ricevuto con quello ora possibile comparare il codice ricevuto con quello generato e misurare la differenza di tempo tra i duegenerato e misurare la differenza di tempo tra i due

(ovvero la differenza di tempo tra il momento di emissione (ovvero la differenza di tempo tra il momento di emissione del segnale e il momento di ricezione a terra)del segnale e il momento di ricezione a terra)

Sokkia 18

Distanza dai satellitiDistanza dai satelliti

Sul ricevitoreSul ricevitore

Differenza di tempo tra la stessa Differenza di tempo tra la stessa porzione di codiceporzione di codice

Dal satelliteDal satellite

∆∆∆∆∆∆∆∆ tt

Sokkia 19

LL’’importanza dellimportanza dell’’ orologio orologio

�� Per misurare il tempo impiegato dal segnale a Per misurare il tempo impiegato dal segnale a percorrere la distanza Satellitepercorrere la distanza Satellite--Ricevitore occorre un Ricevitore occorre un orologio estremamente preciso orologio estremamente preciso

�� Assicura che i satelliti e i ricevitori siano sincronizzatiAssicura che i satelliti e i ricevitori siano sincronizzati

�� I satelliti hanno quattro orologi atomici a bordoI satelliti hanno quattro orologi atomici a bordo�� Precisi, ma decisamente costosiPrecisi, ma decisamente costosi

�� Per i ricevitori Per i ricevitori èè sufficiente un orologio stabilesufficiente un orologio stabile�� Grazie allGrazie all’’ informazione del quarto satellite possiamo informazione del quarto satellite possiamo

sincronizzare lsincronizzare l’’ orologio del ricevitore e risolvere lorologio del ricevitore e risolvere l’’ incognita incognita TEMPOTEMPO

Sokkia 20

Situazione con orologio imprecisoSituazione con orologio impreciso

Posizione errata a Posizione errata a causa dellcausa dell’’ errore errore degli orologidegli orologi

4 sec. (ora corretta)4 sec. (ora corretta)

5 sec. (ora errata)5 sec. (ora errata)

6 sec. (ora corretta)6 sec. (ora corretta)

7 sec.(ora errata)7 sec.(ora errata)

(in 2 dimensioni per motivi di grafica)(in 2 dimensioni per motivi di grafica)

Posizione correttaPosizione corretta

21

Posizione errata a Posizione errata a causa dellcausa dell’’ errore errore degli orologidegli orologi

4 sec. (ora corretta)4 sec. (ora corretta)

5 sec. (ora errata)5 sec. (ora errata)

6 sec. (ora corretta)6 sec. (ora corretta)

7 sec.(ora errata)7 sec.(ora errata)

(in 2 dimensioni per motivi di grafica)(in 2 dimensioni per motivi di grafica)

Posizione correttaPosizione corretta

8 sec.(ora errata)8 sec.(ora errata)

7 sec.(ora corretta)7 sec.(ora corretta)

La terza misura non interseca le altre La terza misura non interseca le altre due nella stessa posizionedue nella stessa posizione

Tre misure con orologio imprecisoTre misure con orologio impreciso

Sokkia 22

I satellitiI satelliti

�� Ogni satellite trasmette la sua posizione e quella di tutti gli Ogni satellite trasmette la sua posizione e quella di tutti gli altri satelliti (almanacco)altri satelliti (almanacco)

�� Orbita molto alta, 20.200 km:Orbita molto alta, 20.200 km:

•• Rende il moto dei satelliti molto stabileRende il moto dei satelliti molto stabile

•• Assenza di attrito atmosfericoAssenza di attrito atmosferico

•• Garantisce la copertura terrestreGarantisce la copertura terrestre

�� Controllati dal Controllati dal DoDDoD ((DepartmentDepartment of of DefenseDefense))

•• La loro orbita li porta sopra al territorio americano almeno unaLa loro orbita li porta sopra al territorio americano almeno unavolta al giornovolta al giorno

•• Il Il DoDDoD trasmette le correzioni di orbita ai satelliti trasmette le correzioni di orbita ai satelliti

Sokkia 23

La misura La misura èè soggetta ad errorisoggetta ad erroridovuti alldovuti all’’ atmosferaatmosfera

�� Il sistema GPS non lavora nel vuotoIl sistema GPS non lavora nel vuoto�� Ionosfera (80Ionosfera (80--500 km)500 km)

�� Porzione dellPorzione dell’’ atmosfera densa di particelle cariche atmosfera densa di particelle cariche elettricamente, in grado di deviare le onde radioelettricamente, in grado di deviare le onde radio

•• Troposfera (0Troposfera (0--10 km)10 km)�� Porzione dellPorzione dell’’ atmosfera dove si creano i principali atmosfera dove si creano i principali fenomeni meteorologicifenomeni meteorologici

�� Caratterizzata da una forte presenza dCaratterizzata da una forte presenza d’’ acqua , molto acqua , molto variabile da zona a zonavariabile da zona a zona

Sokkia 24

…… ed altri fattori ded altri fattori d’’erroreerrore

�� Errori negli orologi e nellErrori negli orologi e nell’’ orbita dei satellitiorbita dei satelliti–– Molto piccoli e principalmente corretti dal Molto piccoli e principalmente corretti dal DoDDoD

�� Errori del ricevitoreErrori del ricevitore–– Problemi dovuti allProblemi dovuti all’’ instabilitinstabilitàà delldell’’ oscillatore (orologio)oscillatore (orologio)

–– RumorositRumorositàà nelle misure introdotta dal ricevitore stessonelle misure introdotta dal ricevitore stesso

�� MultipathMultipath (percorsi multipli)(percorsi multipli)

–– Il segnale rimbalza su superfici riflettenti ed interferisce conIl segnale rimbalza su superfici riflettenti ed interferisce con il il segnale direttosegnale diretto

–– Ricevitori ed antenne di buona fattura sono in grado di ridurre Ricevitori ed antenne di buona fattura sono in grado di ridurre il il problemaproblema

�� DopDop: : La geometria (posizione relativa) dei satelliti influenza la La geometria (posizione relativa) dei satelliti influenza la

precisioneprecisione

Sokkia 25

LL’’errore massimo e dato dallaerrore massimo e dato dallaSelectiveSelective AvailabilityAvailability (S/A)(S/A)

�� Il governo Americano può introdurre un errore artificiale sullIl governo Americano può introdurre un errore artificiale sull’’orologio dei satelliti e sulla loro orbita per degradare la orologio dei satelliti e sulla loro orbita per degradare la precisione del sistema:precisione del sistema:

–– Impedisce a nazioni ostili di utilizzare il GPS per scopi militaImpedisce a nazioni ostili di utilizzare il GPS per scopi militariri

–– Quando attivata, Quando attivata, èè la maggior fonte di errorela maggior fonte di errore

�� LL’’ S/A S/A èè la somma di due errori:la somma di due errori:

–– Epsilon: manipolazione dei dati, le effemeridi vengono falsate Epsilon: manipolazione dei dati, le effemeridi vengono falsate

(ogni ora)(ogni ora)

–– DitherDither: variazioni applicate ciclicamente agli orologi : variazioni applicate ciclicamente agli orologi

(ogni 4(ogni 4--15 minuti)15 minuti)

Alle ore 4.00 della notte del 2 maggio 2000 per ordine presidenzAlle ore 4.00 della notte del 2 maggio 2000 per ordine presidenziale iale èè

Stata definitivamente eliminata la SA Stata definitivamente eliminata la SA

Sokkia 26

Anche la posizione geometrica dei satelliti Anche la posizione geometrica dei satelliti (PDOP) riduce la precisione(PDOP) riduce la precisione

2 < GDOP < 8GDOP > 10

–L’ errore aumenta se i satelliti formano tra loro angoli acuti

Sokkia 27

Imprecisione data dai singoli Imprecisione data dai singoli errorierrori

0102030405060708090100

Clock

Effemer.

Ricev.

Tropo/ion

S/A

•• Errori tipici:Errori tipici:

•• Orologio satellite 0.5 mOrologio satellite 0.5 m

•• EffemeridiEffemeridi 0.5 m0.5 m

•• RicevitoreRicevitore 1.0 m1.0 m

•• IonoIono/troposfera/troposfera 3.5 m3.5 m

•• Totale (Totale (rmsrms)) 55--10 m10 m

•• Moltiplicando per lMoltiplicando per l’’ HDOP si ha HDOP si ha un errore di circa 8 un errore di circa 8 -- 30 m.30 m.

•• Con S/A attiva 100 m Con S/A attiva 100 m

•• MetriMetri

Sokkia 28

RiepilogoRiepilogo

�� La La trilaterazionetrilaterazione dai satelliti dai satelliti èè la base del sistema GPSla base del sistema GPS

�� Il GPS misura la distanza dai satelliti utilizzando il segnale Il GPS misura la distanza dai satelliti utilizzando il segnale emesso che viaggia alla velocitemesso che viaggia alla velocitàà della lucedella luce

�� Per misurare la distanza dai satelliti Per misurare la distanza dai satelliti èè necessario un ottimo necessario un ottimo orologio e un quarto satelliteorologio e un quarto satellite

�� Oltre alla misura della distanza Oltre alla misura della distanza èè necessario conoscere la necessario conoscere la posizione dei satellitiposizione dei satelliti

�� Per il calcolo della posizione si analizzano i vari errori dovutPer il calcolo della posizione si analizzano i vari errori dovuti a i a ionosfera, troposfera, e geometria dei satellitiionosfera, troposfera, e geometria dei satelliti

Sokkia 29

La misura differenziale e lLa misura differenziale e l’’uso del uso del GPS in topografiaGPS in topografia

�� Le fonti dLe fonti d’’ errore influiscono in eguale misura su tutti i ricevitori errore influiscono in eguale misura su tutti i ricevitori che vedono gli stessi satelliti (la misura differenziale li riduche vedono gli stessi satelliti (la misura differenziale li riduce)ce)

�� La posizione La posizione relativarelativa di due o pidi due o piùù ricevitori GPS può essere nota ricevitori GPS può essere nota con grande precisione (gli errori si riducono enormemente)con grande precisione (gli errori si riducono enormemente)

�� LL’’ analisi dei segnali ricevuti contemporaneamente da 2 analisi dei segnali ricevuti contemporaneamente da 2 strumenti porta a precisioni anche di pochi millimetristrumenti porta a precisioni anche di pochi millimetri

�� Il GPS può misurare vettori di notevole lunghezza (anche Il GPS può misurare vettori di notevole lunghezza (anche centinaia di km)centinaia di km)

�� Funziona 24 ore al giorno, con qualsiasi condizione atmosfericaFunziona 24 ore al giorno, con qualsiasi condizione atmosferica

�� Il GPS viene utilizzato in topografia anche perchIl GPS viene utilizzato in topografia anche perchéé non non èè richiesta richiesta ll’’intervisibilitintervisibilitàà dei punti da rilevaredei punti da rilevare

Sokkia 30

La correzione DifferenzialeLa correzione Differenziale

�� La misura GPS in un punto La misura GPS in un punto èè soggetta ad errorisoggetta ad errori

�� Ognuno di questi errori Ognuno di questi errori èè identificato dallidentificato dall’’ora universale del GPSora universale del GPS

�� Nello stesso istante lo stesso errore agisce su tutti i ricevitoNello stesso istante lo stesso errore agisce su tutti i ricevitori ri operanti nelle vicinanzeoperanti nelle vicinanze

�� Per eliminare gli errori viene utilizzata la misura differenzialPer eliminare gli errori viene utilizzata la misura differenziale DGPSe DGPS

Con il calcolo differenziale si eliminano gli errori che influenCon il calcolo differenziale si eliminano gli errori che influenzano zano due misure fatte nello stesso periodo di tempodue misure fatte nello stesso periodo di tempo

�� Il calcolo differenziale può essere effettuato:Il calcolo differenziale può essere effettuato:

�� a posteriori in a posteriori in ““PostPost--processingprocessing””

�� immediatamente nella fase di misura in immediatamente nella fase di misura in ““RealReal timetime””

Sokkia 31

La misura DGPS elimina molti La misura DGPS elimina molti errorierrori

�� Geometria dei satelliti (PDOP)Geometria dei satelliti (PDOP)

�� EffemeridiEffemeridi ------------------>> Rimosso dal DGPSRimosso dal DGPS

�� Orologio satelliti Orologio satelliti ------------------>> Rimosso dal DGPSRimosso dal DGPS

�� Ritardo ionosferico Ritardo ionosferico ------------------>> Rimosso dal DGPSRimosso dal DGPS

�� Ritardo troposferico Ritardo troposferico ------------------>> Rimosso dal DGPSRimosso dal DGPS

�� SelectiveSelective AvailabilityAvailability ------------------>> Rimossa dal DGPSRimossa dal DGPS

�� MultipathMultipath

�� Deriva dellDeriva dell’’ orologio del ricevitoreorologio del ricevitore

�� Rumore ricevitoreRumore ricevitore

�� Satelliti guasti (Satelliti guasti (unhealthyunhealthy) ) ------------>> Non utilizzatiNon utilizzati

Sokkia 32

Gli erroriGli errori si riducono anche aumentando il si riducono anche aumentando il

tempo di misuratempo di misura

FixFix

C/AC/A

1 cm1 cm

50 cm50 cm

1 m1 m

5 m5 m

10 m10 m

50 m50 m

100 m100 m

1 sec.1 sec. 10 min.10 min. 1 ora1 ora 6 ore6 ore

FaseFase

RelRel

absabs

AbsAbs

PP

RelRel

FloatFloat

PrecisionePrecisione

Tempo diTempo di osservazioneosservazione

Precisione ottenibile in base al metodo di Precisione ottenibile in base al metodo di

misuramisura

Sokkia 33

Il Il MultipathMultipath dovuto alla riflessione del dovuto alla riflessione del segnale direttosegnale diretto

Sokkia 34

Tecniche di rilievo per applicazioniTecniche di rilievo per applicazionitopografichetopografiche

Le tecniche piLe tecniche piùù utilizzate sono:utilizzate sono:

�� StaticoStatico

�� Statico veloceStatico veloce

�� CinematicoCinematico

Le misure GPS per applicazioni topografiche sono sempre Le misure GPS per applicazioni topografiche sono sempre differenziali (DGPS), al fine di ottenere le precisioni richiestdifferenziali (DGPS), al fine di ottenere le precisioni richieste e

Sokkia 35

StaticoStatico

�� EE’’ il piil piùù preciso (> 5mm + 1 ppm)preciso (> 5mm + 1 ppm)

�� EE’’ il piil piùù lento (> 1 ora di stazionamento)lento (> 1 ora di stazionamento)

�� EE’’ il piil piùù affidabile (difficilmente sbaglia)affidabile (difficilmente sbaglia)

�� EE’’ il piil piùù semplice (lavoro sul campo = 0)semplice (lavoro sul campo = 0)

Sokkia 36

StaticoStatico Satellite GPS

Ritardo di tempo (differenza di fase)

Distanza da determinare

Sokkia 37

Statico VeloceStatico Veloce

�� Del tutto simile allo statico con tempi di Del tutto simile allo statico con tempi di stazionamento molto inferiori (5stazionamento molto inferiori (5--30 m); richiede 30 m); richiede almeno 5 satellitialmeno 5 satelliti

�� Possibile grazie a SW e HW piPossibile grazie a SW e HW piùù potentipotenti

�� Lo statico Lo statico ““veramente veloceveramente veloce”” si ottiene con ricevitori si ottiene con ricevitori a doppia frequenza o a doppia costellazione.a doppia frequenza o a doppia costellazione.–– Molte piMolte piùù informazioni rispetto alla singola frequenza: L1, L2, informazioni rispetto alla singola frequenza: L1, L2,

L1+L2, L1L1+L2, L1--L2L2

–– Lo statico veloce in singola frequenza si affida Lo statico veloce in singola frequenza si affida esclusivamente al SWesclusivamente al SW

Sokkia 38

CinematicoCinematico

�� EE’’ il piil piùù veloce (solo 1 secondo per punto)veloce (solo 1 secondo per punto)

�� EE’’ il piil piùù difficile (non bisogna perdere il segnale dai satelliti)difficile (non bisogna perdere il segnale dai satelliti)

�� Dovrebbe avere la stessa precisione dello statico ma rispetto a Dovrebbe avere la stessa precisione dello statico ma rispetto a questo questo èè molto pimolto piùù influenzato dal DOP (si ottengono circa 3influenzato dal DOP (si ottengono circa 3--10 cm)10 cm)

�� Richiede lRichiede l’’ INIZIALIZZAZIONE quando si inizia il rilievo e una nuova INIZIALIZZAZIONE quando si inizia il rilievo e una nuova inizializzazione ogni volta che si hanno meno di 4 satellitiinizializzazione ogni volta che si hanno meno di 4 satelliti

�� Inizializzazione con solo L1 Inizializzazione con solo L1 -------- StaticoStatico

�� Inizializzazione con L1+L2 Inizializzazione con L1+L2 -------- Statico, Statico Veloce, Statico, Statico Veloce, O.T.F. (On The Fly) (al volo)O.T.F. (On The Fly) (al volo)

�� I dati possono essere acquisiti in continuo in movimento I dati possono essere acquisiti in continuo in movimento (cinematico) o passando da un punto all(cinematico) o passando da un punto all’’ altro fermandosi un altro fermandosi un istante (STOP and GO)istante (STOP and GO)

Sokkia 39

CinematicoCinematico

�� Antenna Swap (scambio di antenne)Antenna Swap (scambio di antenne)

�� Statico / Statico veloce (min. 20 minuti)Statico / Statico veloce (min. 20 minuti)

�� Inizializzazione tramite Vettore (o punti) notiInizializzazione tramite Vettore (o punti) noti

�� Inizializzazione sempre e comunque da fermiInizializzazione sempre e comunque da fermi

Inizializzazione con solo L1Inizializzazione con solo L1

Inizializzazione con L1+L2Inizializzazione con L1+L2

�� Come L1 piCome L1 piùù:: Statico veloce (2Statico veloce (2--3 minuti)3 minuti)

O.T.F.O.T.F. on the Fly (al volo)on the Fly (al volo)

22--3 minuti di dati, anche in movimento3 minuti di dati, anche in movimento

I dati possono essere acquisiti passeggiando I dati possono essere acquisiti passeggiando verso il punto da rilevareverso il punto da rilevare

EE’’ la tecnica pila tecnica piùù produttiva in assolutoproduttiva in assoluto

Sokkia 40

CinematicoCinematico

Stazione di riferimento (posizione nota)

Stazione mobile (posizione incognita)

(Posizione incognita)

(Posizione incognita)

Inizializzazione

Sokkia 41

Le coordinate GPSLe coordinate GPS

�� Geoide & EllissoideGeoide & Ellissoide

�� DatumDatum

�� Proiezioni cartograficheProiezioni cartografiche

Sokkia 42

I sistemi cartografici di riferimentoI sistemi cartografici di riferimento

La Terra non La Terra non èè facilmente rappresentabile !facilmente rappresentabile !

�� Geoide: superficie equipotenziale della Terra, Geoide: superficie equipotenziale della Terra, o superficie con uguale forza gravitazionaleo superficie con uguale forza gravitazionale

�� Ellissoide: modello matematico della Terra,Ellissoide: modello matematico della Terra,utilizzato per rappresentare in modo semplificato la superficie utilizzato per rappresentare in modo semplificato la superficie terrestre terrestre

�� Lo scostamento tra Ellissoide e Geoide viene detto ONDULAZIONE Lo scostamento tra Ellissoide e Geoide viene detto ONDULAZIONE (l(l’’altezza o quota di un punto sullaltezza o quota di un punto sull’’ Ellissoide non Ellissoide non èè la stessa sul Geoide)la stessa sul Geoide)

EllissoideEllissoide

GeoideGeoide

Sokkia 43

EllissoideEllissoide

Posizione dellPosizione dell’’ ellissoide nello spazioellissoide nello spazio

�� Ogni ellissoide Ogni ellissoide èè caratterizzato da 8 elementi:caratterizzato da 8 elementi:

Dimensione: semiasse equatoriale, schiacciamento (2 elementi) Dimensione: semiasse equatoriale, schiacciamento (2 elementi)

Posizione nello spazio: posizione del centro (3 elementi)Posizione nello spazio: posizione del centro (3 elementi)

Orientamento nello spazio: rotazioni attorno agli assi (3 elemenOrientamento nello spazio: rotazioni attorno agli assi (3 elementi)ti)

Per passare da un ellissoide allPer passare da un ellissoide all’’ altro, occorrono 7 parametri:altro, occorrono 7 parametri:

3 traslazioni, 3 rotazioni e almeno un fattore di scala3 traslazioni, 3 rotazioni e almeno un fattore di scala

�� Il Il DatumDatum fornisce questi parametrifornisce questi parametri

Z

X Y

P

φφφφ

λλλλ

Sokkia 44

Relazione tra i vari sistemi geodetici:Relazione tra i vari sistemi geodetici:il il DatumDatum

�� Il Il DatumDatum fornisce i parametri posizionamento di un fornisce i parametri posizionamento di un

ellissoide con un preciso orientamento nello spazioellissoide con un preciso orientamento nello spazio

�� Ogni regione sviluppa un proprio ellissoide in modo da Ogni regione sviluppa un proprio ellissoide in modo da

approssimare meglio la reale forma della Terra: il Geoideapprossimare meglio la reale forma della Terra: il Geoide

Ellissoide EuropaEllissoide Europa

GeoideGeoide

Ellissoide Nord America

Sokkia 45

LL’’ ellissoide WGS84ellissoide WGS84e gli ellissoidi Localie gli ellissoidi Locali

�� Il sistema GPS fornisce la posizione su un ellissoide particolarIl sistema GPS fornisce la posizione su un ellissoide particolare e detto detto WGS84WGS84 con un con un DatumDatum valido in tutto il mondovalido in tutto il mondo

�� La cartografia Europea utilizza lLa cartografia Europea utilizza l’’Ellissoide Internazionale di Ellissoide Internazionale di HayfordHayfordcon il con il DatumDatum ED50ED50

�� La cartografia Italiana La cartografia Italiana GaussGauss--BoagaBoaga utilizza lutilizza l’’Ellissoide Ellissoide Internazionale con il Internazionale con il DatumDatum Roma 40Roma 40

�� Se ne deduce che uno stesso punto sulla superficie terrestre puòSe ne deduce che uno stesso punto sulla superficie terrestre puòavere coordinate differenti, dipendenti dal avere coordinate differenti, dipendenti dal DatumDatum utilizzatoutilizzato

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La rappresentazione CartograficaLa rappresentazione Cartograficadi Gaussdi Gauss

P

P

P

φφφφ λλλλ H

E, N, Z,

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Trasformazione delle coordinate da Trasformazione delle coordinate da WGS84 a WGS84 a GaussGauss--BoagaBoaga

�� La trasformazione delle coordinate GPS in quelle del sistema La trasformazione delle coordinate GPS in quelle del sistema nazionale avviene utilizzando i punti nazionale avviene utilizzando i punti ““IGM 95IGM 95””

�� LL’’ IGM (Istituto Geografico Militare) ha realizzato una rete di 12IGM (Istituto Geografico Militare) ha realizzato una rete di 1230 30 vertici tridimensionali di elevata precisione (progetto IGM95)vertici tridimensionali di elevata precisione (progetto IGM95)

�� La distanza tra i vertici della rete di circa 20 km, ossia un puLa distanza tra i vertici della rete di circa 20 km, ossia un punto ogni nto ogni 300 km300 km22, 4 vertici su ogni foglio in scala 1:100 000, 4 vertici su ogni foglio in scala 1:100 000

�� Per ogni punto sono fornite:Per ogni punto sono fornite:

�� le coordinate Geografiche e Piane WGS84 le coordinate Geografiche e Piane WGS84

�� le coordinate Geografiche e Piane (Roma40) le coordinate Geografiche e Piane (Roma40)

�� 7 parametri per effettuare la 7 parametri per effettuare la rototraslazionerototraslazione da da DatumDatum WGS84 a WGS84 a DatumDatumnazionale.nazionale.

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Trasformazione delle coordinate da Trasformazione delle coordinate da WGS84 a WGS84 a GaussGauss--BoagaBoaga

�� Per ogni punto viene fornita:Per ogni punto viene fornita:

�� la quota la quota ellissoidicaellissoidica

�� la quota ortometrica (sul livello medio del mare) la quota ortometrica (sul livello medio del mare)

(la loro differenza fornisce l(la loro differenza fornisce l’’ ondulazione del Geoide sullondulazione del Geoide sull’’ EllissiodeEllissiode, ,

per la trasformazione delle quote GPSper la trasformazione delle quote GPS

�� I 7 parametri di ogni vertice IGM95 consentono di effettuare la I 7 parametri di ogni vertice IGM95 consentono di effettuare la trasformazione da coordinate GPS a coordinate nazionali con trasformazione da coordinate GPS a coordinate nazionali con approssimazione approssimazione centimetricacentimetrica, per punti entro 10 km dal vertice , per punti entro 10 km dal vertice utilizzatoutilizzato

�� Nel caso in cui il rilevo GPS venga effettuato in zone intermediNel caso in cui il rilevo GPS venga effettuato in zone intermedie tra e tra pipiùù vertici IGM95, occorre utilizzare 3 vertici IGM95 che vertici IGM95, occorre utilizzare 3 vertici IGM95 che racchiudano la zona, e determinare i 7 parametri medi della zonaracchiudano la zona, e determinare i 7 parametri medi della zonainteressatainteressata

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GPSGPS……finefine