Notiziario Tecnico TI (Coratella) anno 11 n. 3 dicembre 2002

NOTIZIARIO TECNICO TELECOM ITALIA - Anno 11 n. 3 - Dicembre 2002 93

Tecnologie

radio

Il GPS differenziale

La rete GeoTIM e il servizio GeoDATA

DUILIO CORATELLA

ALESSANDRA CURTO

Nel precedente numero della rivista è stato descritto il sistema satellitare GPS,per il posizionamento di precisione di un qualsiasi punto sulla superficie terre-stre [1]. È stato anche illustrato il principio della correzione differenziale appli-cabile alle rilevazioni GPS, che consente di aumentare l’accuratezza dei rilievi.In particolare è stato messo in luce che con tecniche speciali e con ricevitori GPSprofessionali l’imprecisione passa da valori dell’ordine dei dieci metri a valorisubmetrici, fino a raggiungere un’accuratezza di qualche centimetro.Questo articolo, che descrive la rete GPS per la correzione differenziale realiz-zata da Telecom Italia Mobile, denominata GeoTIM, indica i motivi che hannoportato alla realizzazione e alla successiva decisione di offrire ai clienti esternii dati da essa raccolti.Il servizio commerciale (GeoDATA) è stato lanciato da TIM nel settembre del2002. Esso è stato inizialmente rivolto a un mercato di nicchia costituito da pro-fessionisti quali ad esempio topografi, geometri, ingegneri. Non si esclude per ilfuturo la possibilità che GeoTIM susciti interesse anche nel settore del GeographicInformation System.In un prossimo articolo sarà descritto l’utilizzo della rete GeoTIM anche perscopi interni all’Azienda, in particolare la procedura di misurazione denomina-ta APOGEO, per la quale a TIM è stato concesso lo scorso anno il brevetto inter-nazionale.

1. Introduzione

Con l’entrata in vigore del DecretoInterministeriale n. 381 del 10.09.1998 (Regolamentorecante norma per la determinazione dei tetti di radiofre-quenza compatibili con la salute umana) si è concretiz-zata per TIM la volontà strategica di dotarsi delleconoscenze tecniche e della strumentazione neces-saria alla georeferenziazione dei propri impiantiradio e al controllo delle aree di incidenza dei campielettromagnetici.

Con questi dispositivi si può determinare per cia-scun sito radio il volume di rispetto, ossia il volume

all’interno del quale si hanno valori di campo elet-tromagnetico superiori a quelli stabiliti dalla norma-tiva di legge e dove non possono, perciò, sostare per-sone in modo continuativo.

Per ciascun elemento radiante questo volume èassimilabile tipicamente a un cilindro a sezione ellit-tica, con un asse orientato parallelamente a quellodell’antenna e sfasato (figura 1). L’ellissi ha il pro-prio asse maggiore orientato come la direzione dimassima irradiazione dell’antenna.

Per gli impianti radiomobili, caratterizzati tipica-mente dalla presenza di più antenne per ciascunadirezione, il volume di rispetto può essere schema-

94 NOTIZIARIO TECNICO TELECOM ITALIA - Anno 11 n. 3 - Dicembre 2002

Coratella - Curto • Il GPS differenziale: la rete GeoTIM e il servizio GeoDATA

tizzato ancor più semplicemente come un parallele-pipedo (figura 2).

Per controllare quanto stabilito dal DecretoLegge, occorre verificare che gli edifici pubblici -quali, ad esempio, le scuole e gli ospedali - sianoesterni ai suddetti volumi. A questo scopo è possi-

bile utilizzare la strumentazione GPS, che consentedi determinare in modo univoco le posizioni delleantenne e degli edifici e, quindi, di valutarne ledistanze reciproche. Occorre, infatti, in questi casi,utilizzare la correzione differenziale in quanto non èsufficiente un’accuratezza compresa tra i cinque e idieci metri.

Con il progredire delle tecnologie radiomobilidal GSM verso l’UMTS, è, inoltre, necessarioimpiegare stazioni radio con copertura sempre piùlimitata, la cui posizione sul territorio va definita conun’accuratezza sempre maggiore. Da qui nasce lanecessità di impiegare cartografie e misure di posi-zione in campo sempre più precise e puntuali, perpoter affinare gli strumenti di pianificazione in fre-quenza e di simulazione di copertura radio.

In TIM è, quindi, maturata l’esigenza di avviareun progetto per la creazione di un’infrastruttura distazioni GPS di riferimento. Nel corso della realizza-zione, al crescere del know how aziendale su un set-tore che storicamente non ha costituito il core busi-ness di un operatore radiomobile, l’azienda ha acqui-sito la consapevolezza di disporre di una risorsa vera-mente pregiata, che potenzialmente può focalizzarel’interesse di un mercato professionale ormaimaturo.

Il progetto è stato, perciò, ampliato in modo daprevedere l’impiego di un server centrale, denomi-nato PGL (Piattaforma Gestione Localizzazione), checostituisce sia il punto di aggregazione dei dati ditutte le stazioni GPS, sia il punto di accesso da partedi clienti esterni e di erogazione dei dati.

Nel prossimo paragrafo è mostrata l’architetturadella rete GeoTIM; nel terzo paragrafo è illustrato ilsistema di supervisione degli allarmi, mentre nelquarto è descritta l’integrazione con il sistema digestione allarmi delle reti di TIM. Nel quinto para-grafo è riportata poi una breve illustrazione della

piattaforma PGL (per un approfondimento sullaPGL si rimanda all’articolo [6] pubblicato in questostesso numero della rivista, pp. 81-92). Nel sestoparagrafo sono illustrate le attività svolte per garan-tire alla rete GeoTIM un elevato standard qualita-tivo. Negli ultimi due sono descritti, infine, rispetti-

vamente il servizio commercialeGeoDATA offerto alla clientelaesterna e l’utilizzo interno dellarete per la georeferenziazione dellestazioni radio di TIM.

2. La rete GeoTIM

Nel 1999, nell’ambito dellaFunzione Rete di TIM, fu avviato ilprogetto volto alla realizzazione diun’infrastruttura di rete di stazionidi riferimento GPS per la corre-zione differenziale. La rete avrebbedovuto coprire l’intero territorionazionale con un numero di sta-zioni sufficiente a garantire un’ac-curatezza media submetrica dellamisura (dell’ordine di qualche deci-

metro) mediante correzione differenziale (i dettaglitecnici sull’uso di questa tecnica, sono indicati nel-l’articolo [1]. Nel riquadro a pagina 95 si descrivonole principali tecniche di misura GPS. A quella data ilGoverno degli Stati Uniti non aveva ancora delibe-

rato la soppressione dell’errore denominato con l’a-cronimo S/A (Selective/Availability). Questo errore erastato introdotto di proposito per limitare, per motividi sicurezza nazionale, le prestazioni dei ricevitoriGPS impiegati in campo civile, per cui l’accuratezza

z

y

x

a)

b)

Figura 1 a) Volume di rispetto geometrico.b) Schematizzazione tridimensionale di un sito relativo a tre settori.

Figura 2 Schema del volume di rispetto per un sitoradiomobile.

(1) Oltre alle motivazioni descritte in [1], il principale motivo per cuile misurazioni sulla quota sono meno precise rispetto a quelle sulpiano sono legate alla differenza tra quota ellissoidica e quota ortome-trica, descritta nel riquadro riportato alle pagine 98 e 99.



media si aggirava intorno ai 100 metri sul piano (lati-tudine e longitudine) e ai 170 metri lungo la verti-cale (quota)1 [1].

Alla fine del 2002 la rete (nel seguito denomi-nata GeoTIM) è costituita da ventitré stazioni GPS,alle quali se ne aggiungeranno quattro nel corso del2003, come riportato in figura 3. La densità di sta-zioni è tale per cui un ricevitore GPS rover (ossiamobile sul territorio e per il quale occorre affinare laprecisione) non dista più di circa 100 km dalla sta-zione di riferimento più vicina. Questo valore èstato pianificato tenendo in considerazione unalegge empirica, nota ai professionisti del GPS:infatti, oltre alle diverse fonti di errore che influi-scono sui rilievi GPS (descritti in [1]), la distanzatra il GPS rover e quello di riferimento influiscesull’accuratezza finale in ragione di circa un centi-metro per ogni chilometro2.

In tabella 1 sono indicati gli indirizzi e le coordi-nate planimetriche e altimetriche delle ventitré sta-zioni GeoTIM nel sistema di coordinate WGS84(World Geodetic System 1984), descritto nel riquadrodelle pagine 98 e 99. Le altezze sono misuraterispetto sia alla base sia al centro di fase di ciascunaantenna. Nel riquadro delle pagine 100 e 101, sonospecificati i problemi relativi alla misurazione dellaquota. Le coordinate indicate sono state ottenute aseguito dell’attività di inquadramento - descritta inparticolare nel paragrafo 6.1 - della rete GeoTim nelsistema di riferimento IGM95 (Istituto GeograficoMilitare 1995)3. Nel riquadro di pagina 103 èdescritta la rete IGM95 ed il suo impiego per la geo-referenziazione dei punti.

Il progetto iniziale della rete prevedeva un uti-lizzo dei dati di correzione differenziale sostanzial-mente rivolto alle esigenze interne della Funzione

Rete di TIM. I dati provenienti dalla costellazionesatellitare GPS, e ricevuti dalle stazioni di GeoTIM,dovevano essere inoltrati verso un server centrale diraccolta, per essere poi messi a disposizione degliutilizzatori.

Per il trasporto dei dati si è utilizzata l’infrastrut-tura preesistente della rete Intranet aziendale(TIMNet). Per la scelta dei siti sono state quindi pri-vilegiate, ove possibile, le sedi territoriali della reteTIM, denominate PER (Presidi di Esercizio dellaRete). A causa della disposizione geografica, e inalcuni casi per le interferenze elettromagneticheriscontrate nel corso di alcuni sopralluoghi (ad esem-

Stazioni GPS a fine 2002

Stazioni GPS in corso d’installazione,previste per il 2003.

BZ UD

VR

PD

BO

MI

GE

SS

CA

TO

FIPG

AN

PE

RM FG

SA

PACT

CS

BA

BR

CZ

GRRI

PR RN

Figura 3 La rete GeoTIM.

(2) Questa regola empirica non ha un valore assoluto: al cresceredella durata della misura cresce la capacità del ricevitore e deisoftware di postelaborazione e correzione differenziale di mediare ivalori rilevati in maniera più efficace, eliminando le fluttuazioni abreve termine degli errori. Si pensa, infatti, che utilizzando basi tem-porali superiori ai tre anni è possibile determinare lo spostamentodelle placche terrestri.(3) Alla data di pubblicazione, sono in fase d’installazione ulterioriquattro stazioni GPS nelle zone di Parma, Rimini, Grosseto e Rieti.

TIPOLOGIE PER IL RILIEVO GPS

• Rilievo statico: procedura di rile-vamento GPS che consente dieffettuare misure assai precise,ma che r ichiede tempi dimisura molto lunghi (tipica-mente un’ora per punto) [4].

• Ril i evo fas t s ta t i co o s ta t i cove loc e : procedura di r i leva-mento GPS che consentemisure meno precise rispettoalla procedura statica, ma inmodo più semplice e veloce [4].

• Real Time Kinematic o Real TimeSurveying: procedura di rileva-mento GPS che consente dieffettuare misure molto pre-cise in tempo reale. Utilizzaun collegamento radio tra lastazione base ed il ricevitoremobile per lo scambio dei datidi correzione differenziale, chedeve avvenire sia sul codice siasulla fase dei segnali GPS rice-vuti [1, 4].



pio nella città di Napoli),nove delle ventitré stazioni(Brindisi, Castrovillari,Catania, Foggia, Perugia,Salerno, Sassari, Udine,Verona) sono state installatepresso altrettante centraliTIM nelle quali non esisteun collegamento allaTIMNet. Per ciascuna diesse è stato necessarioprevedere una connes-sione verso il più vicinoPoP TIMNet impiegandoun collegamento CDN a64 kbit/s (figura 4).

I punti di forza dellarete GeoTIM possonoessere così riassunti:• distribuzione uniforme

sull’intero territorionazionale: la disponibi-lità da parte di TIM diun elevato numero distazioni radio distri-buite su tutto il terri-torio (urbano, subur-bano, rurale, montano)ha semplificato l’indi-viduazione di sitipotenzialmente adattiper l’installazione di una stazione permanenteGPS (massima visibilità, assenza di interferenze,stabilità della struttura e dell’edificio, …).GeoTIM è pertanto, oggi, l’unica rete a coper-tura nazionale uniforme;

• inquadramento IGM95: l’inquadramento dellarete GeoTIM è stato affidato dalla TIM al pro-fessor Fernando Sansò, Presidente della SocietàInternazionale di Geodesia e ordinario diGeodesia al Politecnico di Milano (si veda ilparagrafo 6.1) ;

• certificazione ASI: alcune stazioni di GeoTIMentreranno a far parte dell’insieme di stazioniche l’ASI (Agenzia Spaziale Italiana) gestisce inambito EUREF (EUropean REference Frame) (siveda il paragrafo 6.2). L’ASI certificherà con unacadenza settimanale i dati prodotti da GeoTIM,conferendole così una rilevanza internazionaleanche in campo scientifico;

• facilità di interconnessione in rete: i dati GPS uti-lizzano la rete Intranet aziendale (dotata di unadorsale trasmissiva con elevata capacità tra-smissiva e di un rilevante numero di PoP) cheha consentito l’integrazione delle singole sta-zioni GPS e la creazione di una rete GPS com-pleta. Una piattaforma di gestione dell’interosistema permette di concentrare i dati in ununico centro di raccolta, che funge anche dapunto di accesso al servizio da parte dellaclientela;

• sistema di supervisione della rete: la supervisionedella rete GeoTIM è effettuata con gli stessicriteri seguiti per tutte le altre infrastrutture direte della TIM: più precisamente nel corso delnormale orario di lavoro dai centri di regia alivello territoriale; altrimenti la supervisione èconcentrata nel centro di supervisione nazio-nale (paragrafo 3 e 4);

• sicurezza del servizio e interventi di manutenzionetempestivi: la presenza di TIM sul territorio e lacapacità di intervento sui siti consentono direndere molto contenuti i tempi di ripristinodelle stazioni, garantendo continuità nella for-nitura del servizio;

indirizzo

Via Caduti del lavoro, 40Via delle Violette

Via E. Mattei, 102Viale Duca d’Aosta, 100Viale S.Giovanni Bosco

Via MonastirVia Schiavello (Loc. Giardini)

Via NunziatellaVia Sarrotino

Via Giovine Italia, 17Via C.Baffi

Via Bortolomeo Bianco, 1Via Valtorta, 43/45

Via Settima Strada, 22Via Orsini, 6

Via Ponte d’Oddi, 9Via Tiburtina, 419Via Faustiniana, 28Via Lanzalone, 50Viale Sicilia, 34

Via Sestriere, 130/b (Rivoli)Via Baldasseria Bassa, 28

Via Belluzzo, 12

latitudine(WGS84)

43° 34’ 04.136”41° 06’ 14.800”44° 29’ 52.484”46° 29’ 44.246”40° 37’ 35.020”39° 14’ 33.739”39° 49’ 11.446”37° 30’ 33.263”38° 53’ 54.235”43° 46’ 13.112”41° 27’ 41.189”44° 25’ 41.065”45° 30’ 01.660”45° 24’ 55.865”38° 07’ 52.222”43° 07’ 29.680”42° 26’ 35.495”41° 56’ 15.862”40° 41’ 01.316”40° 44’ 10.635”45° 04’ 24.985”46° 02’ 58.849”45° 26’ 14.066”

longitudine(WGS84)

13° 30’ 49.114”16°45’ 57.013”11° 24’ 57.166”11° 20’ 21.249”17° 55’ 42.551”9° 05’ 46.090”

16° 12’ 46.702”15° 01’ 58.18”

16° 31’ 54.396”11° 16’ 09.004”15° 32’ 01.634”08° 55’ 16.024”09° 13’ 38.784”11° 55’ 50.580”13°21’ 24.042”12° 22’ 28.943”14° 11’ 57.675”12° 36’ 47.721”14° 46’ 07.892”08° 33’ 27.823”07° 33’ 21.264”13° 15’ 00.724”11° 03’ 05.180”

altezza sullivello

del mare (*)[m]

104.46132.85116.7

329.27590.04796.648420.107201.08143.91118.89140.12204.7182.4398.8971.28474.2658.96

117.34245.69381.43160.76135.2

altezza del

centro di fase

[m]

104.57132.96116.81329.38590.15796.758

420.217201.19144.02119.00140.23204.81182.5499.0071.39

474.3759.07

117.45245.80381.54160.87135.31

città

Ancona

(*) L’altezza misurata sul livello del mare è relativa alla base dell’antenna(**) Stazione GPS non colocata con una sede di presidio di Esercizio della Rete di TIM

BariBolognaBolzano

Brindisi (**)Cagliari

Castrovillari (**)Catania (**)Catanzaro

FirenzeFoggiaGenovaMilanoPadovaPalermo

Perugia (**)PescaraRoma

Salerno (**)SassariTorino

Udine (**)Verona (**)

WGS84 = World Geodetic System 1984

106.55 106.77

Tabella 1 Indirizzi e coordinate delle stazioni GPS di GeoTIM.

flusso a 64 kbit/s

DCE3

DCE3

RouterPoP TIMNet

TIMNet

Sede 2connessa a

TIMNetSede 1 non connessa a TIMNet

DCEPoP

==

Data Circuit EquipmentPoint of Presence

Figura 4 Schema di connessione a TIMNet.



• possibilità di fornire dati nei formati standard: perla correzione differenziale in post processing si uti-lizza il formato standard RINEX (ReceiverINdependent EXchange format), mentre in realtime si utilizza il formato RTCM (Radio TechnicalCommission for Maritime services) (vedi paragrafi7.1 e 7.2) [5];

• modularità: dal punto di vista tecnico, la reteGeoTIM è ampliabile con facilità se ritenutonecessario.

2.1 Le stazioni GPS

Le stazioni di riferimento sono costituite da unricevitore GPS con elevate prestazioni e da un serverlocale che svolge funzioni di gestione e di interfac-cia verso la rete Intranet. Il ricevitore GPS è, a suavolta, costituito da un’antenna GPS installata sullasommità dell’edificio sede della stazione ed è colle-gata mediante un apposito cavo al ricevitore vero eproprio situato all’interno del sito.

Nella figura 5 è mostrata un’antenna GPS dellaTrimble.

2.1.1 Ricevitore GPS e antenna

Finora sono stati impiegati ricevitori GPS 4700della Trimble, che presentano le seguenti caratteri-stiche principali:• tracciamento mediante dodici canali (quindi pos-

sibilità di seguire fino a dodici satelliti contem-poraneamente);

• registrazione dei dati interna al ricevitore (fino a120 ore) o trasferibile in tempo reale su un PC;

• precisioni nominali per rilievi statici, fast-statici conuna elaborazione differita (post-processing): planime-trica ± 5 mm +1 ppm; altimetrica ± 10 mm + 1 ppm;

• precisioni nominali per rilievi dinamici intempo reale RTK (Real Time Kinematic): plani-metrica ± 1 cm +2 ppm; altimetrica ± 2 cm +2 ppm.Dal momento che si tratta di ricevitori standard,

non si esclude per il futuro l’adozione di apparati dialtre marche (ad esempio Leica). L’antenna è di tipochoke ring4 ed è costituita da cinque anelli concen-trici. Garantisce la stabilità del centro di fase, una

buona protezione ai cammini multipli e assicuraanche la possibilità di tracciare satelliti con un bassogrado di elevazione. L’antenna e il ricevitore GPSsono collegati tramite un cavo coassiale RG213 dilunghezza non superiore ai 50 metri (nel caso didistanza maggiore tra antenna e ricevitore sarebbestato necessario ricorrere a stadi di amplificazione edi rigenerazione del segnale). In figura 6 sonomostrate le foto del ricevitore GPS e dell’antennachoke ring, estratte dai rispettivi data sheet di pro-dotto.

2.1.2 Server locale

La stazione GPS è gestita, mediante connessioneseriale, da un PC che svolge le funzioni di un serverlocale. I requisiti minimi del computer sono riportatinella tabella 2.

(4) Il segnale ricevuto è composto da una componente diretta e dauna riflessa, generata dai percorsi multipli. Un piano di massa chokering è realizzato mediante diversi anelli conduttori concentrici che cir-condano il centro di fase dell’antenna, consentendo di cancellare (o diattenuare) la componente riflessa. La cancellazione è in genere piùefficace per sorgenti di segnale prossime allo zenith (verticali), mentreè minima se prossime all’orizzonte.

Figura 5 Antenna GPS installata a Firenze.

Figura 6 Stazione GPS di riferimento e antenna chokering.

Intel Pentium II 350 MHz2 dischi da 4,3 Gbyte SMART II Wide Ultra SCSI256 Mbyte SDRAM (ECC)

3Com EtherLink XL COMBO 10 Mbit Ethernet NIC (3C900B-COMBO)WinNT server

Sistema di raffreddamento degi hard disk con ventole

Modem-Fax 56 kbps esterno

processorehard disk

memoria RAM

scheda di rete

sistema operativo

ventilatore

modem

ECCNICRAMSCSISDRAM

=====

Error-Correcting Code memoryNetwork Interface CardRandom Access MemorySmall Computer System InterfaceSynchronous Random Access Memory

Tabella 2 Requisiti minimi dei server locali per lestazioni GPS.



Superfici di riferimento e datum: il sistema di riferimento WGS84 del GPS

Le superfici di riferimento utilizzateper rappresentare la superficie terre-stre sono (figura A):• l’ellissoide: modello matematico

della terra;• il geoide: superficie equipotenziale

della Terra nella quale, cioè, si haun’uguale forza gravitazionale.

Lo scostamento tra l’ellissoide e ilgeoide viene detto ondulazione .Mentre l’ellissoide è una astrazionematematica, il geoide è la superficienormale, in ogni punto, alla direzionedella verticale, cioè alla direzionedella forza di gravità; e corrispondealla superficie individuata dal livellomedio dei mari, resi stazionari dopoaver sottratto l’influenza di maree,correnti, effetti meteorologici e nell’i-potesi ideale che essi possano esseremessi in comunicazione tra loro, senza terre emerse.

Il geoide ha la forma simile a un ellis-soide di rotazione schiacciato ai poli,ma la sua superficie non è regolare inquanto essa risente delle differenze didensità di materia che esistono neidiversi punti della terra.

Il datum è l’insieme dei parametri diidentificazione di un ellissoide con unpreciso orientamento nello spazio. OgniPaese sviluppa un proprio datum inmodo da approssimare localmente nelmigliore dei modi l’effettiva conforma-zione della terra definita dal geoide,come indicato in figura B.

I parametri del datum sono:• la posizione nello spazio del centrodell’ellissoide (tre parametri di trasla-zione);• l’orientamento nello spazio dell’ellis-

soide (tre parametri di rotazione);• il semiasse equatoriale e lo schiacciamento dell’ellissoide (due parametri).

Per passare da un datum all’altro occorrono sette parametri: tre traslazioni, tre rota-zioni e un fattore di scala.

Il sistema GPS fornisce la posizione su un ellissoide con un datum particolare dettoWGS84 (World Geodetic System 1984), valido in tutto il mondo. La cartografia euro-pea utilizza l’ellissoide di Hayford con il datum ED50 (European Datum 1950). Lacartografia Italiana Gauss-Boaga utilizza l’ellissoide di Hayford con il datum Roma40.Uno stesso punto sulla superficie terrestre può quindi avere coordinate differenti, infunzione del datum utilizzato.

Superficie terrestre

Ellissoide

Geoide

Figura A La superficie terrestre e la sua approssimazio-ne con l’ellissoide e con il geodite.

Ellissoide globale

Ellissoide locale

Figura B Geodite, ellissoide globale ed ellissoide locale.



In figura 7 è riportato uno schema della strutturadi una delle stazioni della rete GeoTIM, con i parti-colari delle porte di connessione tra il ricevitoreGPS e il server locale.

Il ricevitore GPS dispone, in particolare, di uningresso per i dati e di tre porte di comunicazione.La prima (P1) effettua il trasferimento dellemisure, ricevute dai satelliti, nel formato proprieta-rio Trimble denominato TRS (Trimble ReferenceStation) verso il database locale su hard disk. Laseconda (P2) trasferisce i dati di correzione diffe-renziale nel formato standard RTCM [5] verso lapiattaforma centralizzata. La terza (P3) trasmettegli allarmi nel formato NetNMEA5 verso il sistemadi supervisione.

La frequenza di memorizzazione dei dati GPSricevuti dai satelliti, impostabile da utente, è statainizialmente fissata a 1 secondo, con la raccolta deidati effettuata mensilmente. Ogni server memorizzalocalmente i dati ricevuti con continuità dai satelliti

WGS84 è un sistema cartesiano ortogonale che ha l’origine nel baricentro terrestre(figura C). L’asse Z è parallelo alla direzione del polo convenzionale terrestre definito

dal BIH (Bureau International del’Heure); l’asse X è definito dall’interse-zione del piano meridiano di riferi-mento (parallelo al meridiano zero defi-nito dal BIH) con il piano equatorialeterrestre; l’asse Y giace sul piano equa-toriale terrestre ed è ortogonale all’asseX [4].

In questo sistema tutte le posizioni (siaquelle degli stessi satelliti della costella-zione GPS, sia quelli dei punti sullasuperficie terrestre) sono individuati dauna terna di coordinate (x, y, z).

Al sistema è associato l’ellissoide diriferimento globale GRS80 (GeodeticReference System 1980), che ha lastessa origine del sistema WGS84 eforma e dimensioni tali da approssimareglobalmente al meglio la reale superfi-cie terrestre. A questo scopo, l’ellis-soide è definito da due insiemi diparametri [6]: i primari definiscono la

forma di un globo terrestre equivalente, la sua velocità angolare e la relativa massa. Isecondari forniscono un modello particolareggiato dell’andamento del campo gravita-zionale, che varia a seconda della distribuzione della densità di materia. L’ellissoideGRS80 è quello che, nel suo insieme, è più simile come superficie a quella del geoidedi riferimento, utilizzato in topografia e geodesia [4].

Meridiano zero Centro di massa della Terra

Piano equatoriale Ellissoide GRS80

X

Y

Z

O

Figura C Il sistema di riferimento WGS84.

Figura 7 Struttura di una stazione della rete GeoTIM.

(5) NMEA (National Marine Electronics Association) è un protocollostandard utilizzato dai ricevitori GPS per trasmettere dati. NetNMEA èun acronimo utilizzato in letteratura per indicare che il trasporto deidati avviene utilizzando il protocollo UDP su una rete dati a pacchetto.



e provvede al controllo della qualità che essi presen-tano. In più, ogni server locale provvede a trasferire

i dati di correzione differenziale verso la piattaformacentralizzata PGL (par. 5).

3. Il software di gestione e manutenzione della rete GeoTIM

Ogni stazione è connessa tramite la rete TIMNeta un server di raccolta degli allarmi. Il sistema disupervisione, il cui schema architetturale è mostratoin figura 8, trasferisce gli allarmi, tramite il proto-collo NetNMEA, dalle stazioni di riferimento a unserver di raccolta degli allarmi.

Gli allarmi, raccolti e visualizzati tramite unapplicativo proprietario della Nikon Instrumentsdenominato GPStar, possono essere controllati dapostazioni di operatore, disponibili presso i CdR(Centro di Regia) e presso l’NMC (NetworkManagement Center) di TIM.

Le attività di gestione delle stazioni GPS possonoessere effettuate da una postazione remota tramiteun’apposita pagina Web accessibile da un qualsiasiPC connesso alla rete Intranet sul quale venganoinstallati gli applicativi Internet Explorer e PCAnywhere,oppure possono essere eseguite localmente utiliz-zando il server locale della stazione permanente.

Il software che gestisce la stazione GPS permettedi impostare le modalità di archiviazione dei dati e,anche, di configurare e di controllare il funziona-mento del ricevitore.

Il problema della determinazione della quota

Le coordinate cartesiane x e y del GPSsono convertite, mediante opportune for-mule di trasformazione, in coordinategeografiche (latitudine Nord riferita all’e-quatore, longitudine Est riferita al meri-diano zero di Greenwich), tutte relativeal l ’e l l i ssoide di r i fer imento GRS80,descritto nel riquadro riportato alle pp. 98-99).Anche le quote determinate dai ricevitoriGPS sono riferite alla superficie dell’ellis-soide.

Mentre la trasformazione è piuttosto age-vole sul piano, essa risulta piuttosto com-plessa per quanto riguarda la quota.

Come già chiarito nel riquadro riportatoalle pp. 98-99, la quota z GPS (indicatacon la lettera h) è riferita all’ellissoideGRS80, diversamente dalle quote deipunti (quote topografiche o ortometri-che) che sono riferite in genere al livellomedio dei mari (usando l’acronimo s.l.m.), approssimato dalla superficie del geoide,come schematizzato in figura A (dove N è il valore dell’ondulazione del geoide, H èla quota ortometrica del punto P riferita al geoide ed h è la quota ellissoidica for-nita dal GPS).

P

Superficie terrestre

Ellissoide

Geoide

Hh

N

Figura A Quota ellissoidica e ortometrica delpunto P:h = N+H.

CdRCEDGPSNMCPGL

=====

Centro di RegiaCentro Elaborazione DatiGlobal Positioning SystemNetwork Management CenterPiattaforma Gestione Localizzazione

GPSrif. 1

GPSrif. 2

GPSrif. 22

TIM-NET

Server per laraccolta degliallarmi presso

l’NMC PGLpresso ilCED TIM

Postazioni dioperatore

NMC e CdR

GPSrif. 23

Stazioni GPS

Figura 8 Schema del sistema di supervisione dellarete GPS.



Esso è costituito dai seguenti prodotti:• TRS (Trimble Reference Station) che è il software

realizzato dalla Trimble per il governo del ricevi-tore GPS che gestisce anche il trasferimento deidati dal ricevitore al PC di stazione;

• GPStar che è costituito dal software realizzatodalla Trimble per gestire il trasferimento dei datidal PC di stazione al server degli allarmi e allaPGL, impiegando il protocollo NetNMEA;

• PcAnywhere che è il software commerciale checonsente di agire da una postazione remota sulPC di stazione per attività di manutenzione e digestione delle singole stazioni permanenti.

Nel riquadro riportato alle pp. 102 e 103 si descri-vono in dettaglio i prodotti TRS e GPStar.

4. Integrazione con il Network Management System di TIM

L’NMS (Network Management System), utilizzato daTIM per la supervisione delle infrastrutture di rete,è un sistema funzionante in ambiente multi-vendor.

L’integrazione del sistema di supervisione dellarete GeoTIM nel NMS consente di ricevere eventigenerati da disservizi della rete GPS e di visualiz-zarli direttamente sui terminali di NMS, permet-tendo così maggiori sinergie tra le due reti e unamigliore gestione della supervisione.

Nel sistema di integrazione è previsto l’inseri-mento di un modulo per l’acquisizione di dati GPSsul sistema NMS (figura 9). Esso offre l’opportunitàdi accedere attraverso il protocollo FTP al sistemaGPStar Server, nel quale i file degli allarmi sonomemorizzati in appositi archivi: uno per stazione.L’operazione di accesso permette al sistema NMS direcuperare tutte le informazioni necessarie alla cor-retta acquisizione degli allarmi.

Il sistema NMS traduce, quindi, gli allarmi rice-vuti dal modulo per l’acquisizione dei dati GPS nelformato conforme allo standard, che risponde allaraccomandazione ITU-T X.733. Gli allarmi, memo-rizzati dal mediation device di NMS, seguono poi il

Per convertire le quote ellissoidiche h rilevate dal GPS in quote geodetiche occorresottrarre il valore dell’ondulazione N del geoide nella zona di misura.

Bisogna, perciò, riferirsi a punti noti per i quali siano stati calcolati entrambi i valori (adesempio, ai punti della rete geodetica italiana definita IGM95 e descritta nel riquadro dipagina 105.

Il problema della distinzione tra quota ellissoidica del GPS e quota ortometrica o geoidica èparticolarmente subdolo: non avendo chiara la distinzione, si possono correre grandi rischi.Si supponga, infatti, di voler realizzare una condotta di un acquedotto tra due punti moltodistanti tra loro, utilizzando a questo scopo unicamente un ricevitore GPS. Potrebbero veri-ficarsi casi in cui, pur avendo misurato e scelto due punti A e B in modo che l’acqua vadada A a B, nella pratica osserveremmo che l’acqua scorre in verso contrario, da B ad A!Poiché il percorso effettivo di un liquido deve naturalmente sempre andare nel verso che nefa diminuire l’energia potenziale secondo linee del campo di forza gravitazionale (ossia daun punto più alto ad un punto più basso), come si spiega l’apparente paradosso?

La soluzione sta nel fatto che la vera altezza dei due punti è quella geoidica, ossia deveessere riferita alla superficie che approssima al meglio la reale superficie terrestre, esoprattutto che si tenga in considerazione l’effettivo andamento della forza di gravità. Lasuperficie terrestre non è una sfera perfetta e risente della distribuzione della densità dimateria che compone la crosta terrestre, per cui le linee di forza del campo gravitazio-nale non sono tutte radiali, ma localmente possono anche non essere dirette verso ilcentro della Terra.

Queste considerazioni non sono scoperte di oggi. Gli antichi romani, oltre duemila annifa, hanno infatti realizzato acquedotti sfruttando la sola forza di gravità, spostando l’ac-qua dai confini dell’impero fino a Roma per centinaia di chilometri e calcolando pen-denze di circa l’un per cento per ogni chilometro. E senza far uso di GPS!

GPStarServer

FTP NMSmediation

device

Modulo diacquisizione

dati GPS

NMSFMP

FMPFTPNMS

===

Fault Management PlatformFile Transfer ProtocolNetwork Management System

Figura 9 Schema del sistema di supervisione dellarete GPS.



Il software di gestione e manutenzione della rete GeoTIM

La rete GeoTIM è supervisionata mediante due software di gestione e manutenzione,di seguito descritti.

Il TRS è il software proprietario Trimble installato nel server locale. Esso è utilizza-bile in ambiente Windows ‘95, ‘98 e NT e gestisce le configurazioni software ehardware di una stazione di riferimento.

Il software consente di:• configurare le porte del PC connesso alla stazione GPS di riferimento;• definire alcuni parametri del ricevitore e dell’antenna; • configurare il ricevitore per l’eventuale trasmissione dati con modalità real time;• raccogliere i dati provenienti dal ricevitore (codice, fase, effemeridi, …) e conver-

tirli in file di formato proprietario (Dat, Ssf) o standard (RINEX);• memorizzare i file in formato Dat, Ssf e RINEX sul PC di gestione della stazione

permanente, definendo: il tipo di dati da memorizzare, la frequenza di campiona-mento, il tipo di compressione da utilizzare, il nome dei file in cui i dati devonoessere memorizzati, il tempo oltre il quale questi file possono essere automatica-mente cancellati.

Il software GPStar è un’applicazione client-server, che raccoglie, gestisce e trasferiscegli allarmi di tipo NMEA, e permette, così, di controllare lo stato delle stazioni.

Esso provvede, inoltre, a trasferire i file di dati, generati dal ricevitore GPS, dal PClocale alla piattaforma per la gestione della localizzazione.

Il software GPStar client è installato su ciascun server locale delle ventitré stazionipermanenti GPS, e tramite un’interfaccia grafica consente di selezionare tre funzioni:file, service, view.

Con questi menù è possibile definire:• le soglie degli allarmi, superate le

quali è inviato un allarme verso ilserver e la classe di severità (da 0 a5) associata a ciascun allarme; ilnome, il codice identificativo e laposizione della stazione (la latitu-dine, la longitudine e l’altezza nelsistema WGS84);

• l’intervallo di tempo che intercorrefra la generazione di un file degliallarmi o dei dati e il suo invio al ser-ver degli allarmi e alla PGL;

• gli indirizzi IP a cui trasferire i filedegli allarmi e dei dati;

• i file da trasferire dal server locale(Client) a quello degli allarmi e allaPGL;

• l’archivio da cui GPStar Client prelevai file che sono poi trasferiti alla PGL;

• i dati per configurare le connessionifra le porte seriali del PC di stazione e del ricevitore.

Possono essere in particolare definite le soglie degli allarmi relativi alla disposizionedella costellazione dei satelliti visibili dal ricevitore GPS. Dopo il superamento dellesoglie per gli allarmi l’operatore addetto alla supervisione non può normalmenteintraprendere alcuna azione. Il verificarsi contemporaneo di alcuni allarmi può tutta-

fix non riuscito (tempo, espresso in minuti, intercorsi dall’ultimo fix*)

satelliti in vista (numero di satelliti in visibilità)

limite sull’elevazione del satellite (espresso in gradi e riferito all’orizzonte)riduzione della precisione dovuta alla disposizione nello spazio dei satelliti

componente sul piano orizzontale del PDOP

rapporto segnale/rumore (in dB)

errore planoaltimetrico (espresso in metri, è la distanza tra le coordinate impostate sul ricevitore - ottenute mediante l’inquadramento IGM95 - e le coordinate misurate in tempo reale dal ricevitore)

Mins since last

Coord MT Tolerance

Sats in view less than

S/N less

Elevation mask

PDOP

HDOP

HDOPPDOP

==

Horizontal Dilution Of PrecisionPosition Dilution Of Precision

(*) Condizione che si verifica nel momento in cui il ricevitore riesce a risolvere le ambiguità iniziali [1], a determinare cioè la fase iniziale del segnale proveniente dal satellite, e a fornire quindi le coordinate geografiche con un’alta precisione.

Tabella A Allarmi previsti sul software GPStar per lagestione della rete GeoTIM.



via essere indice di un guasto del rice-vitore. Gli allarmi previsti sono ripor-tati in tabella A.

Dai menù sopra menzionati è possibileanche controllare altri parametri,riportati nella tabella B.

Il software GPStar server è il softwareinstallato sul server di raccolta degliallarmi. Esso consente di monitorarelo stato delle stazioni, di rilevare even-tuali malfunzionamenti; di inserire edisinserire stazioni di riferimento dacontrollare; di modificare i dati rela-tivi alle stazioni esistenti.

Il GPStar server preleva gli allarmi daun archivio definito e li dispone in for-mato di pagina HTML (HyperText

Markup Language) di monitoraggio delle stazioni, visualizzabile tramite browser Web.

Con l’applicativo Internet Explorer, inserendo un indirizzo e fornendo una user ID euna password, si accede alla home page dell’applicativo GPStar, che mostra la paginaper il controllo dello stato delle stazioni (figura A).

La home page contiene alcune icone che mediante diversi colori indicano lo statodelle stazioni. Attraverso le icone è possibile controllare il corretto funzionamentodella stazione, ricevere eventuali allarmi non ancora controllati o già acquisiti, oppurerilevare se la stazione è momentaneamente soggetta a manutenzione.

È anche possibile verificare il cor-retto trasferimento dei file e il funzio-namento degli applicativi utilizzatinella loro generazione, tenendo trac-cia degli eventi registrati in un arcodi tempo definito dall’operatore.

In più, mediante il GPStar server èpossibile ottenere informazioni pre-senti nella stazione remota (latitu-dine, longitudine, altezza, posizionedel ricevitore misurate in temporeale), informazioni sui satelliti invisibilità (elevazione, azimut, rap-porto segnale/rumore) e informazionisulla qualità del segnale ricevuto(Quality, PDOP, HDOP).

Oltre agli allarmi prima descritti chesegnalano condizioni anomale nelladisposizione della costellazione dei satelliti, sono stati aggiunti altri cinque allarmi:errore nella ricezione seriale, che consente di rilevare una mancata connessione delleporte seriali del PC con una delle porte seriali del ricevitore GPS; errore nella rice-zione RTCM, che mette in evidenza l’indisponibilità dei dati di correzione differen-ziale in tempo reale o quella dell’applicativo che rende disponibili questi dati (erroresocket); errore per mancata connessione ovvero errore per mancato invio dei filedi dati dalle stazioni verso la PGL, la piattaforma di gestione della localizzazione.

• L’ora e la data in cui il ricevitore ha fatto il fix l’ultima volta (last fix time, last fix date); i valori di latitudine, longitudine, posizione e altezza del ricevitore misurati in tempo reale (lat, lon, X, Y, heigh), i valori impostati per il satellite (StatLat, StatLon, StatX, StatY, StatH) e la differenza fra tali valori (DX, DY, DZ); i dati sui satelliti in visibilità (PDOP, HDOP, numero di satelliti utilizzati); l’informazione sulla bontà del segnale ricevuto (Quality).

• I file generati dal ricevitore (Dat, Log, RINEX1, RINEX5, RINEX15, RINEX30, Almanac, Ssf).

• I file trasferiti con successo alla PGL.

• I file generati dal ricevitore non ancora inviati alla PGL.

• L’identificativo del satellite, El (elevazione), Az (azimut) e rapporto S/N (segnale/rumore) misurati per ciascun satellite; il numero dei satelliti agganciati dal ricevitore (Sats in view).

HDOPPDOPPGLRINEX

====

Horizontal Dilution Of PrecisionPosition Dilution Of PrecisionPiattaforma Gestione LocalizzazioneReceiver INdependent EXchange format

Tabella B Ulteriori parametri gestiti dal softwareGPStar.

Figura A Home page per il monitoraggio delle stazioni GPS.



flusso standard fino al FMP (Fault ManagementPlatform) e, quindi, agli operatori responsabili dellasupervisione.

Il sistema NMS dà la possibilità, anche, di visua-lizzare gli allarmi del sistema GPS sugli alarmviewers e consente di rappresentare sulla mappa lostato dei servizi monitorati dal GPS.

5. La piattaforma per la gestione della localizzazione

Parallelamente alla realizzazione della infra-struttura GPS è stata avviata la progettazione diuna piattaforma per la raccolta e l’accesso ai datida parte di potenziali clienti esterni.

Come mostrato in figura 10, la PGL (Piattaformaper la Gestione della Localizzazione) è costituita daun centro elaborativo e da un centro operativo ed èdotata di due interfacce: la prima verso la rete IP,mediante il protocollo HTTP (HyperText TransferProtocol); la seconda verso la rete radiomobileGSM. Per il secondo tipo di interconnessione laPGL utilizza flussi dedicati a 2 Mbit/s collegatialle terminazioni PRA (Primary Rate Access) deidue MSC di transito di Roma della rete GSMTIM. Il centro elaborativo riceve i dati dalle ven-titré stazioni GPS, sia sotto forma di file RINEXsia come flusso continuo RTCM, e li duplica nelcaso di più di un accesso contemporaneo.

Come la rete delle sta-zioni GPS, anche l’architet-tura della PGL è modulare inmodo da fronteggiare un’e-ventuale crescita del mercato.

Per una descrizione detta-gliata della PGL si rimandaall’articolo [6] pubblicato inquesto stesso numero dellarivista alle pp. 81-92.

6. Certificazioni di qualitàdella rete GeoTIM

Analogamente a quantoavviene per ogni infrastrut-tura di telecomunicazione,che deve rispondere a speci-fici requisiti definiti dai cri-teri di standardizzazioneinternazionale, anche perGeoTIM è stato necessariocaratterizzare l’infrastrutturadi rete verificando la rispon-denza con alcuni requisiti diqualità.

Per i sistemi di misuraGPS in Italia, il requisito fon-damentale dal punto di vistacommerciale è l’inquadra-mento nel sistema IGM95.

Un secondo requisito con-siste invece nella rispon-

denza ai canoni utilizzati in ambito scientifico inter-nazionale. Nei due sottoparagrafi che seguono sidescrivono le due principali azioni svolte per assicu-rare che le prestazioni della rete GeoTIM possanoavere una validità ufficiale e valenza scientifica.

Figura 10 Architettura semplificata della PGL.

Nuovi verticiVertici IGM95

Vertice quotatoStazione GPS permanente di Pavia

Vertici della rete della Provincia di Milano

Figura 11 Infittimento dei punti con coordinate note perla rete GPS nella provincia di Pavia.



6.1 L’inquadramento di GeoTIM nel sistema IGM95

Per risultare di interesse per la clientela esterna, larete GeoTIM deve rispondere a precisi requisiti diqualità e, primo fra tutti, deve presentare la caratteri-stica di essere inquadrata nel sistema di riferimentoutilizzato a livello nazionale, denominato IGM95.

Il sistema, realizzato nel 1995 dall’IstitutoGeografico Militare, è costituito da circa 1.150 puntidi coordinate note, diffusi sull’intero territorionazionale e utilizzati come capisaldi per tutte le

misurazioni sul territorio (vedi il riquadro che com-pare in questa pagina). I singoli punti sono riportatisulle cartine che lo stesso Istituto mette a disposi-zione degli utilizzatori. In molti casi le amministra-zioni locali, per poter disporre di un numero di puntisuperiore, affida ai propri studi tecnici o ai collegiprofessionali ovvero alle Università le attività diinfittimento di questi punti.

In figura 11 è mostrata la crescita dei capisaldicon coordinate note eseguita dall’Università di Paviae riportato su Internet [2].

La rete IGM95 e la georeferenziazione di unpunto GPS

L’IGM (Istituto Geografico Militare), uti-lizzando strumentazione GPS, ha comple-tato nel 1995 il rilievo di una rete geode-tica di circa 1.150 vertici tridimensionalidi elevata precisione diffusi su tutto il ter-ritorio nazionale, nota con l’acronimoIGM95 (figura A).

La distanza tra i vertici della rete è inmedia di circa 10 km mentre la distanzamassima è di 20 km. In questo modo si haall’incirca un punto ogni 300 km2.

Per ogni punto IGM95 sono fornite:• le coordinate geografiche e piane nel

sistema internazionale WGS84;• le coordinate geografiche e piane nel

sistema nazionale Roma40;• sette parametri per effettuare la “roto-

traslazione” dal datum WGS84 a quellonazionale Roma40;

• la quota ellissoidica;• la quota sul livello del mare (la differenza fra queste due ultime quote fornisce

l’ondulazione del geoide sull’ellissoide per la trasformazione delle quote GPS).

I sette parametri di ogni vertice IGM95 consentono di georeferenziare (ossia diriportare su una mappa cartografica) un punto, effettuando la trasformazione dellecoordinate misurate mediante GPS in quelle nazionali con un’approssimazione delcentimetro, per punti posti entro 10 km dal vertice utilizzato. Nel caso in cui ilrilievo GPS venga effettuato in zone intermedie tra più vertici IGM95, occorre utiliz-zare tre vertici IGM95 che racchiudono la zona, e determinare i sette parametri medidella zona interessata.

La rete IGM95 è collegata con le altre reti europee e mondiali: dieci punti sono statiinfatti posizionati su altrettanti vertici della rete EUREF (si veda il paragrafo 6.2) ealtrettanti sono stati fatti coincidere con i punti delle analoghe reti geodetichecostruite dai Paesi confinanti con il nostro. Inoltre, all’incirca quattrocento puntisono stati collegati dal punto di vista altimetrico ad altrettanti capisaldi della rete dilivellazione di alta precisione e sono pertanto caratterizzati anche da una quota geoi-dica.

Nella determinazione della quota di un punto rilevato con il GPS, i suddetti capisaldiconsentono di passare dalla quota ellissoidica GPS alla quota ortometrica o geoidicasul livello del mare (come descritto nel riquadro riportato alle pagine 100 e 101).

Figura A I punti della rete geodetica IGM95.



Per riportare un punto generico su una mappacartografica occorre posizionarsi sul punto ed effet-tuare (mediante strumentazione ottico-meccanica, omediante GPS) misure di distanza da un certonumero di capisaldi prossimi al luogo di misura; geo-referenziare, successivamente, il punto in questionemediante tecniche di triangolazione.

TIM ha affidato l’inquadramento IGM95 diGeoTIM alla società Nikon Instruments (la stessaazienda che ha fornito l’hardware e il software dellarete). La postelaborazione dei dati è stata effettuatadal Politecnico di Milano, sotto la supervisione delprofessor Fernando Sansò.

Per ciascuna stazione GPS è stata prodotta unamonografia che riporta una descrizione del sito, unrapporto sulle misure effettuate per l’analisi e lecoordinate della stazione nei sistemi di coordinateWGS84 e Gauss-Boaga.

Sono stati prodotti infine due rapporti tecnici cheriassumono le indagini svolte, fornendo una caratte-rizzazione di qualità per l’intera rete GeoTIM

6.2 La certificazione prodotta dall’Agenzia Spaziale Italiana

Per garantire ulteriormente la qualità della reteGeoTIM, TIM ha di recente stipulato una conven-zione con l’ASI (Agenzia Spaziale Italiana), attraversoil CGS (Centro di Geodesia Spaziale) di Matera.

L’accordo di collaborazione prevede che l’ASI uti-lizzi i dati provenienti dalla costellazione GPS e rac-colti da alcune stazioni della rete GeoTIM per inte-grarli con quelli delle proprie stazioni. Le stazioniGPS controllate da ASI, alcune delle quali di proprietàdi Università, Enti di ricerca, Scuole Superiori e Entilocali, sono inserite nel sistema ETRS89 (EuropeanTerrestrial Reference System 1989) definito dall’EUREF(EUropean REference Frame), che è una Commissionedella Ue [3]. Con questo accordo si vogliono effet-tuare congiuntamente studi nel campo delle deforma-zioni tettoniche della crosta terrestre nell’area delMediterraneo e in quello relativo al monitoraggiodelle variazioni del livello del mare.

In figura 12 è riportata la distribuzione sul conti-nente europeo delle stazioni ETRS89 (fonte: [3]).

Inoltre l’ASI, nell’ambito del progetto MAGIC(Meteorological Applications of GPS Integrated Columnwater vapor measurements in the Mediterranean), colla-bora per studi sperimentali di meteorologiamediante GPS.

L’ASI effettua, in cambio, con cadenza settima-nale, una postelaborazione dei dati GPS campionatiogni 30 secondi (analogamente a quanto fatto pertutte le stazioni da essa gestite), misurando così laqualità dei dati rilevati. In più, l’ASI effettua unavolta l’anno un sopralluogo in ciascuna stazione diGeoTIM, verificandone la stabilità.

7. Il servizio GeoDATA offerto al mercato

L’architettura del sistema, descritta nei prece-denti paragrafi, è stata ottimizzata da TIM per ero-gare un servizio alla clientela esterna. Il servizio,

denominato GeoDATA, è stato lanciato commercial-mente nel settembre 2002.

La disponibilità di un’infrastruttura nazionaleper il posizionamento di precisione permetteràall’Azienda di essere presente in nuovi segmentidi mercato relativi a numerosi settori quali, adesempio:• il mapping GIS (Geographic Information System) e,

cioè, la realizzazione di database georeferenziatimolto accurati con informazioni relative, peresempio, alla distribuzione sul territorio di puntidi interesse o alla presenza di risorse (quali lefermate degli autobus, le cassette postali, i car-telloni pubblicitari, ...);

• i rilievi topografici e catastali;• le misure relative alla realizzazione di grandi

infrastrutture quali, per esempio, dighe, ponti,ferrovie, autostrade;

• la gestione delle reti tecnologiche e, in partico-lare, la localizzazione di contatori e di saracine-sche idriche, di condotte e canalizzazioni per ladistribuzione di acqua, energia elettrica, gas,telecomunicazioni;

• la gestione delle risorse naturali e ambientalicome, per esempio, la precisa localizzazione disorgenti d’acqua e di pozzi, indagini sulla distri-buzione territoriale di colture e di risorse arbo-ree, indagini batimetriche di fiumi e laghi;

• la logistica e i trasporti intelligenti (quale, peresempio, la gestione automatizzata dei containerin un centro di smistamento ferroviario, marit-timo o aereo);

• la navigazione di precisione quale, per esempio,la guida stradale con precisione metrica.Come è stato già accennato in precedenza,

descrivendo l’architettura della PGL, i dati GPS perla correzione differenziale sono forniti ai clienti del

servizio secondo le due rappresentazioni già utiliz-zate dai professionisti che fanno uso di strumenta-zione GPS differenziale, descritti nei puntiseguenti.

Figura 12 La rete EUREF.

Fonte: EUREF Permanent NetworkFonte: EUREF Permanent Network



7.1 Servizio post processing

Il servizio è utilizzabile dai professionisti cheeffettuano i rilievi GPS con lo strumento portatile(rover), registrando la sessione di misura. Dalla pro-pria postazione Internet, il cliente si connette, suc-cessivamente, a un sito dal quale scarica i file conte-nenti i dati di correzione differenziale. Mediante unapposito software, postelabora quindi le misure presesul campo, migliorando l’accuratezza dei dati rilevati.

Le stazioni GPS della rete GeoTIM invianoperiodicamente verso la PGL i file orari contenenti idati di correzione differenziale, codificati secondo lostandard internazionale RINEX (Receiver INdependentEXchange format).

Il servizio GeoDATA Post Processing (figura 13)consente al cliente di connettersi tramite accessoInternet (in dial-up da PSTN o, eventualmente,mediante un accesso alla rete GPRS di TIM) al sitowww.business.tim.it.

Dopo la fase di autenticazione (inserimento diUser-Id e Password), il cliente accede a una paginasulla quale può:• selez ionare la s taz ione GPS di interesse

(figura 14);• scegliere la frequenza di campionamento del

dato tra 1, 5, 15 o 30 secondi (figura 15);• inserire la data e la fascia oraria di interesse

(figura 15).La PGL fornisce, come risposta alla richiesta, l’e-

lenco dei file presenti (tra quelli relativi agli ultimi

trenta giorni), scaricabili tramite un click del mouse(protocollo FTP), come mostrato in figura 16.

7.2 Servizio Real Time

Questa seconda modalità di accesso ai dati è utileper il professionista che debba operare esclusiva-mente sul posto senza effettuare postelaborazionisuccessive (ad esempio, nel caso in cui si voglianocollocare i picchetti per il successivo scavo di posa inopera di una rete di servizio).

Il cliente attiva in questo caso un qualsiasi canaledi comunicazione (ad esempio, mediante radio VHFo mediante cellulare radiomobile) tra il proprio rice-vitore GPS mobile e una stazione di riferimento.Avvia, quindi, la sessione di misure GPS, effet-tuando direttamente sul campo la correzione diffe-renziale (nel proprio ricevitore GPS rover).

Le stazioni GPS inviano continuamente verso laPGL i dati di correzione differenziale, secondo il pro-tocollo dallo standard internazionale RTCM SC-104(Radio Technical Commission for Maritime services,Special Committee 104) versione 2.2 [5].

Il servizio GeoDATA Real Time (figura 17)prevede che il cliente selezioni la stazione GPS diproprio interesse digitando sul modem GSM, con-nesso al ricevitore GPS mobile, un numero radio-mobile TIM6. A connessione avvenuta, il clientericeve con continuità i dati richiesti alla velocità di9,6 kbit/s, utilizzando la trasmissione dati GSM acircuito7.

8. Impiego di TIM del servizio GeoDATA al proprio interno: procedura operativa APOGEO (brevetto internazionale TIM)

Come indicato nel paragrafo 1, TIM ha realizzatola rete GeoTIM per ottimizzare le misure delle pro-prie infrastrutture tecnologiche.

Per migliorare l’accuratezza dei data base azien-dali, su cui si basano tutte le attività connesse allaprogettazione, alla realizzazione, alla manutenzionee ottimizzazione della rete, è stata sviluppata e bre-vettata da TIM la procedura operativa APOGEO(Antennas Procedures On Geographic EnhancedOrientation).

La procedura definisce le norme operative per lamisura accurata delle coordinate geografiche (latitu-dine, longitudine e quota), dell’orientamentorispetto al nord geografico (azimut), dell’inclinazionerispetto alla verticale (tilt) e dell’altezza dal suolodelle antenne delle stazioni radio, mediante la stru-mentazione Leica e Trimble.

BZUD

VRPD

BO

MI

GE

SS

CA

TO

FIPG

ANPE

RMFG

SA

PA

CT

CS

BABR

CZ

Utente finale

Internet

IntranetCS-VAS TIM

PGL

Rete GeoTIM

Files RINEX

CS-VASGPSPGLRINEX

====

Centro Servizi-Value Added ServicesGlobal Positioning SystemPiattaforma Gestione LocalizzazioneReceiver INdependent EXchange format

Costellazione GPS

Figura 13 Architettura del servizio GeoDATA nell’elabora-zione in differita (post processing).

(6) Nell’arco di numerazione scelto per il servizio, le ultime tre cifrecorrispondono all’identificativo del prefisso del distretto di rete fissaentro cui è installata la stazione GPS, per cui, per esempio abc=006individua la stazione GPS di Roma, abc=080 quella di Bari, abc=471quella di Bolzano.(7) Non si esclude per il futuro la possibilità di utilizzare anche la tra-smissione dati a pacchetto in tecnologia GPRS.



Schermate del servizio post processing fruibile in Internet

Figura 14 Selezione della stazione GPS d’interesse.

Figura 15 Selezione di frequenza, data e fascia oraria.

Figura 16 Dati orari scaricabili dal cliente.



Queste misure prevedono l’utilizzo dei dati dicorrezione differenziale di GeoTIM secondo lemodalità descritte nei punti precedenti 7.1 e 7.2.

La procedura APOGEO è stata inclusa nellenorme tecniche di collaudo e nei contratti con leditte fornitrici ed installatrici che operano per TIM.

L’impiego della procedura APOGEO è quinditeso a favorire anzitutto un miglioramento dei pro-cessi d’installazione e di manutenzione, tramite laverifica della conformità degli impianti alle specifi-che di progetto.

Con questi strumenti si riducono, infatti, sensi-bilmente gli errori che possono essere introdotti dal-l’utilizzo di strumenti convenzionali, utilizzati nor-malmente dalle imprese installatrici di impianti pertelefonia mobile (quali, ad esempio, inclinometri,bussole, altimetri).

In secondo luogo la procedura consente dimigliorare la qualità della rete in termini di coper-tura e di protezione dalle interferenze, grazie a unamaggiore precisione nella calibrazione dei punta-menti delle antenne, anche alla luce dello sviluppoprevisto per il sistema UMTS.

APOGEO, poi, permette di ottenere una mag-giore affidabilità dei database aziendali impiegatinella progettazione della rete, nell’erogazione deiservizi a valore aggiunto (ad esempio servizi basatisulla localizzazione) e nell’elaborazione della defini-zione relativa ai volumi di rispetto, necessari perrispondere alle normative vigenti in materia diinquinamento elettromagnetico (vedi paragrafo 1).

L’utilizzazione di questa procedura dà la possibi-

lità, infine, di eseguire le verifi-che da effettuare a distanzadalle antenne, agevolando cosìle attività svolte dal personale diTIM o dei fornitori, impegnatonelle misure.

9. Conclusioni

La rete GeoTIM costituiscede facto un primo nucleo disistema nazionale omogeneo ecertificato per la georeferenzia-zione. Il servizio GeoDATA conessa erogato consente l’impiegodella rete sia da parte del perso-nale interno TIM, impegnatonella progettazione e nella rea-lizzazione degli impianti, sia daparte di professionisti esterniper indagini ad essi affidate.

L’evoluzione del sistemadipenderà dal successo che essoriscuoterà in campo commer-ciale, scientifico, professionale eistituzionale. L’evoluzionepotrebbe eventualmente preve-dere, tra l’altro, un infittimentolocale del numero di stazioni diriferimento, sulla base dellarichiesta di servizio. Ciò impli-

cherebbe un’estensione della fruibilità del serviziocon modalità RTK (Real Time Kinematic), possibilesolo nelle immediate vicinanze delle stazioni.

Al momento, quindi, il servizio GeoDATA sem-bra costituire una nuova opportunità offerta da TIMal mercato per rispondere, in maniera più precisa,semplice ed economica, a un’esigenza che sembramanifestarsi in modo sempre più marcato in nume-rose applicazioni professionali.

BZ UD

VR PD

BO

MI

GE

SS

CA

TO

FIPG

AN

PE

RM

FG

SA

PA CT

CS

BA BR

CZ

Rete GSM

335 8820 abc

CostellazioneGPS

RicevitoreGPS

Flusso RTCMver. 2.2

ModemGSM

Intranet

P.G.L.

abc

CS-VASGPSGSMPGLRTCM

=====

Centro Servizi-Value Added ServicesGlobal Positioning SystemGlobal System for Mobile communicationsPiattaforma Gestione LocalizzazioneRadio Technical Commission on Maritime Communication

CS-VAS TIM

Figura 17 Architettura del servizio GeoDATA fornito in tempo reale.

[1] Coratella, D.: Il Sistema GPS. «NotiziarioTecnico Telecom Italia», Anno 11, n. 1, giugno2002, pp. 87-103.

[2] Casella, V.; Franzini, M.; Baratti, G.L.: La reteGPS di raffittimento della provincia di Pavia.Fonte: http://geomatic.unipv.it

[3] EUREF Permanent Network. Fonte: http://www.epncb.oma.be/

[4] Nikon-Trimble: GPS - Guida all’uso del GPS peril rilevamento del territorio. Maggioli Editore.

[5] RTCM Recommended Standards for DifferentialGNSS Service, version 2.2. RTCM SpecialCommittee 104, 15 gennaio 1998.

[6] Annunziato, A.: Il GPS differenziale. Su questo stesso numero del «Notiziario TecnicoTelecom Italia», pp. 81-92.

[7] WGS84 Implementation background.Fonte: http://www.wgs84.com/wgs84/wgs84.htm



APOGEO Antennas Procedures On GeographicEnhanced Orientation

ASI Agenzia Spaziale ItalianaBIH Bureau International de l’HeureCDN Circuito Diretto NumericoCdR Centro di RegiaCGS Centro di Geodesia SpazialeCS-VAS Centro Servizi-Value Added Services ECC Error-Correcting Code memoryED50 European Datum 1950ETRS89 European Terrestrial Reference

System - 1989EUREF EUropean REference FrameFMP Fault Management PlatformFTP File Transfer ProtocolGIS Geographical Information Systems GPRS General Packet Radio ServiceGPS Global Positioning SystemGRS80 Geodetic Reference System 1980GSM Groupe Spécial Mobile ovvero Global

System for Mobile communicationsHDOP Horizontal Dilution Of PrecisionHTML HyperText Markup LanguageHTTP HyperText Transfer ProtocolIGM95 Istituto Geografico Militare - 1995IP Internet ProtocolMAGIC Meteorological Application of GPS

Integrated Columns of water vapourmeasurements in the Mediterranean

MSC Mobile Switching CenterNetNMEA Network NMEANMC Network Management CenterNMEA National Marine Electronics

AssociationNMS Network Management SystemPABX Private Automatic Branch eXchangePDOP Position Dilution Of PrecisionPER Presidio Esercizio di RetePGL Piattaforma per la Gestione della

LocalizzazionePoP Point of PresencePRA Primary Rate AccessPSTN Public Switched Telephone NetworkRINEX Receiver INdependent EXchange for-

matRTCM Radio Technical Commission for

Maritime servicesRTCM-SC 104 Radio Technical Commission for

Maritime services, Special Committee 104RTK Real Time KinematicS/A Selective AvailabilitySCSI Small Computer System InterfaceSDRAM Synchronous Dynamic Random

Access MemoryTRS Trimble Reference StationUMTS Universal Mobile Telecommunication

SystemWGS84 World Geodetic System - 1984

Duilio Coratella ha conseguito la laurea conlode in Ingegneria Elettronica indirizzoTelecomunicazioni presso il Politecnico diBari nell’anno 1993, discutendo una tesi sudispositivi ottici non lineari su guida d’ondaper reti di telecomunicazioni. Nel 1995 è statoassunto nell’Area Rete della DirezioneGenerale di TIM. Dal 1995 al 1997 si èoccupato di analisi e valorizzazione deiparametri di cella e della definizione ed analisi

dei dati statistici di traffico e di qualità della rete GSM. Dal 1997al 1999 ha coordinato un gruppo di lavoro per l’ottimizzazionedella rete TACS in termini di efficienza, riduzione dellacongestione e distribuzione delle risorse radio sul territorio, ed èstato membro del SATIG nell’ambito del GSM MoU. Dal 1999 al2000 si è occupato di tecniche e di sistemi per il positioning su reteradiomobile ed ha seguito lo sviluppo della rete GPS di TIM,collaborando con TILAB al progetto di una piattaforma perl’erogazione dei dati GPS e, con le funzioni di marketing di TIM,per la definizione dei relativi servizi commerciali. Attualmenteopera nel Client Management di Rete, curando nell’ambito delprocesso di innovazione prodotti e servizi, i rapporti tra le linee disviluppo e di esercizio e le aree commerciali e di marketing,coordinando gli studi di fattibilità e collaborando alla definizionedelle specifiche funzionali. È membro del Comitato TecnicoTIM-ASI (Agenzia Spaziale Italiana) nel cui ambito segue leattività di integrazione della Rete GPS di TIM nel SistemaEUREF (EUropean REference Frame).

Alessandra Curto ha conseguito la laurea inIngegneria Elettronica presso l’Università “LaSapienza” di Roma nel 1994, discutendo unatesi svolta in Alenia SpA su un progetto e larealizzazione di oscillatori a microonde perapplicazioni radar. Dal 1994 al 1998 ha lavoratoin CSELT dove ha partecipato allaprogettazione di apparati a microonde intecnologia integrata, componenti RF perstazioni base di sistemi radiomobili, studi disistema e progettazione di apparati per il

sistema LMDS (Local Multipoint Distribution Service). Nel 1997 haconseguito il Master in Telecomunicazioni conferito da Corep -Politecnico di Torino e Scuola Superiore G. Reiss Romoli. Dal1998 opera nella Direzione Rete di TIM dove si è occupata diauditing tecnici per la verifica dell’applicazione e dell’applicabilitàdelle normative tecniche relative all’installazione, all’esercizio ealla manutenzione di BSC (Base Station Controller) e BTS (BaseTransceiver Station). Dal 1999 coordina lo sviluppo el’ingegnerizzazione delle piattaforme di rete per l’offerta deiservizi di localizzazione nell’ambito del settore Progetti e RetiSpeciali di TIM. In tale ambito ha seguito anche lo sviluppo dellarete GPS di TIM collaborando con TILAB al progetto dellapiattaforma per l’erogazione di dati GPS per la correzionedifferenziale.

Notiziario Tecnico TI (Coratella) anno 11 n. 3 dicembre 2002

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