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A.A. 2010/11Corso di Complementi di Topografia - C.L. Ingegneria Civile - Prof. Maria

Marsella 1

La georeferenziazione di dati territoriali

Sistemi di riferimento globali e locali

A.A. 2010/11Corso di Complementi di Topografia - C.L.

Ingegneria Civile - Prof. Maria Marsella 2

Sistemi di Riferimento in Geodesia

Viene data una definizione formale, cui segue la realizzazione del SR, mediante osservazioni fisiche e geometriche (campo di gravit, distanze, angoli), al suolo e dallo spazio (livellazioni, osservazioni a stelle fisse).

Per realizzare un SR si deve fornire un catalogo di punti fondamentali di coordinate stimate coerenti con la definizione del SR, rispetto ai quali determinare la posizione di nuovi punti.

Poich ogni realizzazione di un SR dipende dalle osservazioni utilizzate, realizzazioni diverse della stessa definizione di SR possono differire fra loro.



I Sistemi di Riferimento TerrestriServono per la georeferenziazione di punti solidali con i moti della Terra. Si distinguono in

SR globali Definiti e coerenti su scala planetaria, realizzati mediante reti globali di stazioni permanenti che utilizzano metodi della geodesia satellitare (VLBI, SLR e, di recente, GPS) per stimare la propria posizione e il proprio spostamento nel tempo.

SR locali Orientati e definiti su scala locale mediante reti locali, regionali, nazionali (per lItalia Roma40), continentali (per lEuropa: ED50) di punti fondamentali planimetrici e altimetrici, la cui posizione relativa viene stimata mediante misure di angoli, distanze e dislivelli. hanno valenza storica poich vennero realizzati prima dellavvento della geodesia da satellite, ricorrendo a metodologie di misura e di stima meno precise di quelle oggi disponibili. importanza fondamentale poich spesso costituiscono il riferimento ufficiale cartografico per il territorio cui si riferiscono.



La realizzazione di Sistemi di Riferimentometodi classici

realizzati mediante monumentazioni stabili (vertici) distribuiti sul territorio a costituire le reti di inquadramento nazionali, regionali o localideterminazione delle coordinate tramite compensazione e inquadramento nella rete di riferimentoapplicazione al controllo del territorio per scopi ingegneristici e cartografici

metodi della geodesia da satellite:

determinazione della posizione di punti appartenenti a reti globali, continentali (Sistemi di Riferimento globali)posizionamento mediante osservazioni di satelliti terrestri artificiali o quasar; applicazioni alla geodinamica utilizzabili per applicazioni ingegneristiche a grande scala e per fissare Sistemi di Riferimento assoluti

1. Very Long Baseline Interferometry (VLBI), 2. Satellite Laser Ranging (SLR)3. GPS



DATUM GEODETICI = MODELLO MATEMATICO CHE DEFINISCE LA SUPERFICIE DELLA TERRA

definiti a livello nazionale o internazionaleplanimetrici, altimetrici e globaliGlobali a scopi cartografici per calcolare le coordinate geografiche o geocentriche



Lellissoide terrestre di riferimento costituisce un modello geometrico virtuale della forma della Terra



Datum globale: il WGS84Il SR globale WGS (World Geodetic System) viene sviluppato dal Defence Mapping Agency (DMA), ora NIMA (National Imagery and Mapping Agency), a partire dagli anni 60;

E formalmente definito come ITRS, ma realizzato mediante una rete di stazioni di controllo del NIMA.

Negli ultimi 40 anni anche le realizzazioni del WGS84 si sono evolute in funzione dei dati e delle informazioni disponibili; attualmente siamo alla realizzazione WGS84(G1150).

Il WGS84 realizzato con minore precisione dellITRF: la coerenza fra i 2 SR di alcuni centimetri.

E comunque un SR fondamentale, perch il SR in cui vengono calcolate e fornite allutenza le orbite dei satelliti GPS.

Il passaggio tra datum locali e WGS84 possibile attraversodati pubblicati dalle Agenzie Nazionali (ad es. DMA DefenseMapping Agency negli USA e IGMI in Italia).



Realizzazione ITRFxx

ITRFXX (IERS Terrestrial Reference Frame xx) la realizzazione allanno XX del ITRS.

sviluppato dallo IERS (International Earth Roation Service), una realizzazione del CTRS che tiene conto delle coordinate e delle velocitdei vertici delle reti mondiali VLBI, SLR, LLR, GPS allanno XX (fino a 7cm/anno movimento delle placche tettoniche!)



A causa della non rigidit della Terra, le coordinate delle stazioni di controllocambiano nel tempo: ogni S.R. deve essere periodicamente aggiornato.



Il SR di Riferimento Convenzionale Terrestre (International Terrestrial ReferenceSystem)

ITRS definito da: origine nel centro di massa convenzionale della Terra; asse Z passante per il Polo Convenzionale Terrestre (BIH 1984); asse X definito dallintersezione fra piano meridiano di riferimento (piano meridiano passante per il punto fondamentale di Greenwich, BIH 1984) e piano equatoriale terrestre (BIH 1984); asse Y tale da completare la terna destrorsa.

Le reti di stazioni permanenti per la realizzazione dellITRS

VLBI: Very Long Baseline InterferometrySLR: Satellite Laser Ranging GPS: Global PositioningSystem (monumentate in modo stabile e operative in continuo)

Rete globale VLBI (International VLBI Service) VLBI

30 stazioni-radiotelescopi effettuano contemporaneamente misure a quasar _(angoli e differenze di distanza)

Rete globale SLR (International SLR Service)

Circa 90 stazioni attive nel pianeta per misurare sui tempi di andata e ritorno del fascio laser



i SR per il posizionamento terrestre devono descrivere una realt fisica variabile nel tempo, realizzare un SR implica la stima o la conoscenza esatta a priori di tutti questi fenomeni.

moti dellasse di rotazione terrestre

Moto di precessioneMoto di nutazionefenomeno di polar motion o Chandler Wobble

moti della massa costituente il pianeta

Fenomeni periodici maree oceaniche; oscillazioni della distribuzione delle acque dovute allattrazione gravitazionale di Sole e Luna: da pochi decimetri a diversi metrimaree terrestri; oscillazioni della distribuzione delle masse solide dovute allattrazione gravitazionale di Sole e Luna: alcuni decimetri! carico oceanico e atmosferico; deformazioni della crosta terrestre, dovute alle oscillazioni di massa oceanica e atmosferica: alcuni centimetri!

Fenomeni non periodici moto orizzontale (tettonica delle placche, 2-3 cm/anno), moto verticale (teoria dellisostasia, fino a 40 cm/anno).



La rete globale GPS (International GPS Service)365 stazioni realizzate mediante ricevitori GPS operanti 24 ore su 24 che effettuano osservazioni di pseudo-distanza ai satelliti della costellazione GPS. analizzati congiuntamente presso lo IERS (International Earth Rotation Service), Per determinare i parametri di orientamento e di rotazione terrestre (EOP) il Sistema di Riferimento Internazionale Celeste il Sistema di Riferimento Internazionale Terrestre le deformazioni in atto sulla crosta terrestre

Il numero di SP (VLBI, SLR, GPS) aumenta e la stima ITRF (ovvero i cataloghi)

Una realizzazione di ITRS (ITRF) consiste nel catalogo delle coordinate delle Stazioni Permanenti che hanno contribuito alla soluzione

ITRF2000

La realizzazione dellITRS: lITRF (ITR Frame)



Realizzazioni europea e italiana dellITRF: ETRF89 e IGM95

ETRF89 rappresenta la realizzazione europea dellITRF89.

La nuova rete geodetica fondamentale italiana, monumentata e rilevata dallIstituto Geografico Militare Italiano (IGMI) e denominata IGM95, si compone di circa 1200 caposaldi sul territorio nazionale le cui coordinate sono calcolate e monografate in ETRF89:

ETRF89 un raffittimento europeo di ITRF89

IGM95 un raffittimento nazionale di ETRF89.



Rete geodetica IGM95



SR locale italiano: Roma40Sistema di Riferimento Nazionale Italiano fondamentale per la

cartografia nazionale

Ellissoide: internazionale (Hayford) Orientamento locale nel punto fondamentale di Roma M.Mario imposizione dellazimut con il punto di M. Soratte.

Realizzazione e disseminazione

rete di triangolazione fondamentale I.G.M. reti di raffittimento.

Sistema nazionale Gauss-Boaga

fusi di 6 con meridiani centrali alle longitudini di -32708,400 (fuso Ovest) e di +23251,600 (fuso Est) da Roma (M.Mario)

falsa origine E Ovest 1 500 km Est 2520 km

fattore di contrazione 0,9996



Trasformazione delle coordinate dal Datum WGS84

al Datum locale

TRASFORMAZIONI DI DATUM

7 parametri

3 rotazioni3 traslazioni1 scala



Sistemi di riferimento e Sistemi di coordinate

Definiti due SR la trasformazione delle coordinate di un punto da uno allaltro realizzata

mediante una trasformazione fra SR. Tale trasformazione geometricamente ben definita qualora si conoscano i parametri ditrasformazione, il che, in ambito geodetico, non sempre vero: spesso i parametri di trasformazione fra SR sono noti solo con approssimazione e quindi qualunque trasformazione di SR implica una perdita di precisionedelle stime di posizione.

Definito un SR la posizione di un punto P in quel SR pu essere espressa mediante diversi Sistemi di CoordinateSistemi di Coordinate: abbiamo visto le coordinate cartesiane geocentriche e le coordinate geodetiche. La scelta su quale sistema di coordinate utilizzare basata su motivi di comoditinterpretativa e computazionale: la trasformazione fra diversi sistemi di coordinate allinterno di un unico SR sempre calcolabile esattamente.



GEOIDE e quota ortometricasuperficie equipotenziale di gravit ortogonale in ogni suo punto alla forza di gravit stessa.

esistono infinite superfici equipotenziali

quella particolare superficie equipotenziale passante per un insieme di punti definenti il livello medio dei mari definita geoide.



ondulazione del geoide N(,)

Si definisce ondulazione del geoide N(,) rispetto a un ellissoide di riferimento nel punto di coordinate geodetiche (, ) il suo scostamento rispetto allellissoide stesso.

Dato un ellissoide di rotazione, i cui parametri di forma siano scelti opportunamente, lo scostamento massimo fra geoide e tale ellissoide di 100 m

Il geoide non coincide mai con il livello istantaneo degli oceani: su di essi infatti, oltre alla forza di gravit terrestre , agiscono continuamente altre forze perturbative, periodiche (maree) e non (correnti oceaniche); si pu per affermare che, il geoide coincide con la superficie ideale che assumerebbero gli oceani se su di essi agisse solo la forza di gravitterrestre e se essi potessero prolungarsi sotto te terre emerse.



La conoscenza di N (e di altri funzionali del potenziale gravitazionale) pu esserefornita tramite stime globali e stime locali.

Stime globali (per lintero pianeta)

determinate facendo uso di dati derivati da misure a terra e da satellite per lintero pianeta

validit globale e sono riferite ad un ellissoide geocentrico precisioni circa metriche.

Stime locali (per una regione limitata)

determinate a partire da dati ricoprenti aree a scala continentale o nazionale ambito limitato pi accurate delle stime globali.

Le stime di geoide globali e locali



Ondulazione del Geoide secondo il modello globale EGM96, dal sito: http://cddisa.gsfc.nasa.gov/926/egm96/egm96.html

La maschera di calcolo di N secondo il modello globale EGM96, presso il sito WEB del NIMA.

Un esempio di modello globale



modello locale ufficiale per lItalia stimato e periodicamente aggiornato

dal DIIAR del Politecnico di Milano per lIGMI

ondulazioni N sono stimate e memorizzate su griglia regolare in e (con passo di 2' x 2')

Riferite allellissoide GRS80 Per un generico punto stima

mediante interpolazione a partire dai nodi circostanti

precisione decimetrica in assoluto, 1 ppm in relativo

Modelli locali: il modello ITALGEO per lItalia

La georeferenziazione di dati territorialiSistemi di riferimento globali e localiSistemi di Riferimento in Geodesia La realizzazione di Sistemi di RiferimentoDatum globale: il WGS84Realizzazione ITRFxxIl SR di Riferimento Convenzionale Terrestre (International Terrestrial Reference System) i SR per il posizionamento terrestre devono descrivere una realt fisica variabile nel tempo, realizzare un SR implica la stimLa rete globale GPS (International GPS Service)Realizzazioni europea e italiana dellITRF: ETRF89 e IGM95SR locale italiano: Roma40 Sistemi di riferimento e Sistemi di coordinateondulazione del geoide N(,)

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