P O L I T E C N I C O D I B A R IFacoltà di Ingegneria

Corso di Laurea in Ingegneria Civile

Tesi di laurea in GEOMATICA

Rilievo e georeferenziazione della rete di sottoservizi afferenti l’area del Policlinico di Bari

Relatore:Prof. Ing. Mauro CaprioliCorrelatore:Ing. Michele Vitti

Laureando:Paolo Lavermicocca

Anno Accademico 2012-2013

Sottosuolo cittadino = sistema in continua evoluzione

le reti hanno continuo bisogno di: • manutenzione • ammodername

nti• estensioni

Disservizi causati dalla rottura di tubazioni in ambito urbano: se non esiste una «mappa del sottosuolo» che riporti tutte le reti tecnologiche, le diramazioni e gli allacci alle abitazioni, è facile incorrere in incidenti del genere. L’uso combinato della tecnologia Georadar e della tecnologia GPS può prevenire questi inconvenienti.

Non sempre il sottosuolo è oggetto di uno sviluppo programmatico; la molteplicità dei gestori di rete presenti sul territorio determina un’evoluzione caotica delle svariate reti tecnologiche, causando in molti casi elevati costi sociali dovuti ai disagi arrecati ai cittadini ed alle imprese. L’utilizzo di Internet, inoltre, impone nuove forme di cablaggio nelle città, al fine di rispondere alla crescente richiesta degli utenti, determinando la necessità di posa di altre reti di sottosuolo.

Conoscere in modo dettagliato la posizione plano-altimetrica dei sottoservizi esistenti al disotto della pavimentazione stradale è, quindi, il punto di partenza per:

1.Pianificare in maniera organica interventi invasivi:

metropolitane, infrastrutture stradali;2. Organizzare la posa in opera di nuove reti di servizi e la manutenzione di quelle esistenti,onde non causare danni, interruzioni di servizi, riprogettazioni e infortuni sul lavoro.

Cosa si vuole ottenere?

Una mappa georeferenziata dei sottoservizi visualizzabile su supporto cartaceo o, più in dettaglio, in formato digitale.

Si riassumono di seguito le fasi operative del metodo:

1. Ubicazione, mediante tecnologia GPS, dei pozzetti di ispezione rispetto al contesto urbano del Policlinico e referenziazione (su cartografia) degli stessi rispetto ai fabbricati esistenti;

2. Redazione di uno schema funzionale generale d’impianto che consenta di individuare le dorsali e la rete di distribuzione e/o collettazione afferente l’impianto in esame;

3. Approfondimento delle principali caratteristiche delle dorsali degli impianti esistenti, mediante ispezione visiva e prospezioni radar (tegnologia GeoRadar), per individuare la presenza e la profondità di cunicoli e tubazioni;

4. Restituzione delle informazioni acquisite mediante disegno CAD sulla cartografia fornita dalla committenza;

5. Raccolta e georeferenziazione dei dati di indagine su sistema informativo territoriale (S.I.T.) tramite piattaforma GIS (Geographic Information System).

Come funziona un georadar?

Le componenti essenziali di un georadar sono:1. un trasmettitore (TX) genera un segnale di tipo impulsivo con una determinata

frequenza di ripetizione (impulsi elettromagnetici) e durata dell’ordine dei nanosecondi.

2. un ricevitore (RX) capta le riflessioni delle o.e.m. generate dalla variazione, con la profondità, delle caratteristiche fisiche ed elettromagnetiche del mezzo o dalla presenza di oggetti sepolti o ostacoli di diversa natura.Lo strumento viene movimentato in superficie

lungo un tracciato predefinito, ottenendo una sezione elettromagnetica o radargramma, del tipo:spostamento radar / tempo di ricezione dei segnali riflessi; conoscendo la velocità v di propagazione delle o.e.m. nel mezzo da indagare (funzione della costante dielettrica e della permeabilità magnetica), si perviene alla profondità delle discontinuità.2d=v ∙ t r⟶ d=

v ∙ t r2

=c ∙ t r

2∙√ εr

L’oggetto sepolto viene ‘visto’ dal georadar in modo deformatoL’oggetto sepolto viene ‘visto’ dal georadar in modo deformato

Mappa radarGenerazione

iperbole

x

Acquisizione

motoantenna

Trasmettitore

MonitorRicevitore

Antenna

oggetto sepolto

d0 dNd-N

x-N x0 xN d0

dNd-N

d1d-1

xNx-N x0x-1 x1

è il tempo trascorso tra l’emissione e la ricezione del segnale riflesso, c è la velocità della luce nel vuoto, la costante dielettrica relativa del mezzo rispetto al vuoto e d è la metà del percorso effettuato dall’ o.e.m. Il risultato finale è un radargramma del tipo:spostamento radar/profondità delle superfici riflettenti

Quando il profilo di acquisizione passa sopra un oggetto fortemente riflettente sepolto, all’antenna ricevente giunge un segnale di ritorno anche quando il dipolo d’antenna non è esattamente sulla verticale dell’oggetto sepolto. Come risultato, si ottiene sulla sezione radar una “iperbole di diffrazione” la cui ampiezza dipende dalla velocità di trascinamento dell’antenna e dalla velocità di propagazione delle onde nel mezzo.

La ricostruzione tomografica 3D del terreno indagato è stata ottenuta mediante l'acquisizione di dati georadar lungo profili regolarmente spaziati, e usando specifici software di post-processing.

L’indagine tomografica consente di ricostruire graficamente l’andamento delle caratteristiche elettromagnetiche del mezzo indagato, anche se non direttamente accessibile.

Il risultato è di forte impatto visivo: si distinguono chiaramente le canalizzazioni presenti nel sottosuolo alle diverse profondità e lungo tutto il profilo verticale indagato.

La tecnologia GPS

Cosa fa un ricevitore GPS ? localizza 4 o più satelliti; decodifica i segnali emessi da ciascuno; calcola le distanze dagli stessi; usa i dati acquisiti per stimare la propria posizione e l’ora del sistema.

Come può avvenire il posizionamento con il sistema GPS ?

In due modi: mediante la tecnica del point positioning e quella del differential positioning.

Il Point Positioning Posizionamento assoluto di un singolo punto nel sistema di riferimento assegnato; l’incertezza è dell’ordine delle decine di metri, sufficiente per la navigazione o per tracciamenti speditivi.

Il Differential Positioning Posizionamento relativo di un punto rispetto ad un altro considerato noto; l’incertezza è dell’ordine di qualche milionesimo della distanza tra i due punti, che può variare da pochi metri ad alcune decine di chilometri.

Un ricevitore posto sul punto di coordinate note e l’altro sul punto incognito; si determinano le 3 componenti spaziali del vettore posizione tra i due punti (baseline) rispetto ad una terna cartesiana assegnata:

Sono necessarie almeno 4 osservazioni di distanze tra il ricevitore ed altrettanti satelliti per conoscere le coordinate del punto incognito. Ipotesi:

orbite note (anche se di previsione)si trascura l’incertezza nella misura satellite-

ricevitore

Esecuzione misure - Modo cinematico in tempo reale RTKS (Real Time Kinematic Survey) Si utilizzano ricevitori a doppia frequenza (L1 e L2) dotati della tecnica OTF (On The Fly) per la risoluzione veloce dell’am biguità intera, anche durante il movimento del ricevitore, e collegati fra loro via radio, modem o GSM.

Il ricevitore fisso può essere sostituito da una o più stazioni permanenti GNSS di posi zione nota, appartenenti alla rete GNSS della Regione Puglia (tracciamento satelliti GPS, GLONASS, Galileo).

Il ricevitore fisso (BASE), collocato su un punto di posizione nota, comunica la sua posizione ed i dati satellitari al ricevitore mobile (ROVER), il quale calcola in tempo reale la sua posizione rispetto al ricevitore fisso. La stazione GNSS più vicina al Policlinico di Bari è Valenzano (Tecnopolis, Bari).

Dai dati GPS alla mappatura georeferenziata dei sottoservizi

Risultato di una campagna di misura GPS: differenze di coordinate cartesiane tra i punti della rete da rilevare (ΔX, ΔY, ΔZ), nel sistema di riferimento WGS84 - U.T.M.

Note le coordinate di un punto, detto punto traslocante, tramite stazione permanente GNSS oppure tramite ricevitore fisso su un vertice IGM, si determinano le coordinate di tutti gli altri punti della rete nello stesso sistema di riferimento WGS84 - U.T.M.

Passaggio da coordinate cartesiane geocentriche (X, Y, Z) riferite al centro dell'ellissoide WGS84, a coordinate cartesiane ellissocentriche riferite al centro dell’ellissoide locale prescelto opportunamente orientato (Hayford 1924), a geografiche (φ e λ) e altezze ellissoidiche (h) rispetto all’ellissoide locale tramite le equazioni parametriche dell’ellissoide.

Coordinate dei punti battuti, nei sistemi di riferimento WGS84, proiezione U.T.M. fuso 33 fascia N e Gauss-Boaga.P UTM - X (m) GB – X (m) UTM - Y (m) GB - Y (m)

1 656224,7642 2160304,937 4552684,729 4580906,4632 656195,7343 2160276,322 4552677,625 4580897,3233 656166,7171 2160247,807 4552669,275 4580886,9354 656136,1046 2160217,682 4552661,076 4580876,5875 656107,0096 2160189,2 4552651,129 4580864,5926 656102,8172 2160184,969 4552651,523 4580864,6967 656102,5511 2160184,68 4552651,852 4580865,0078 656098,328 2160184,094 4552599,323 4580812,0449 656058,1157 2160149,248 4552520,527 4580730,243

10 656073,7792 2160156,366 4552644,145 4580855,2811 656044,9384 2160127,997 4552636,238 4580845,3512 656013,5957 2160097,169 4552627,623 4580834,53313 655986,907 2160070,908 4552620,425 4580825,46314 655959,5003 2160042,906 4552627,937 4580831,0915 655949,851 2160030,83 4552662,503 4580865,07916 655937,2968 2160015,13 4552707,299 4580909,12317 655903,1569 2159980,434 4552713,984 4580913,45518 655903,2088 2159980,451 4552714,492 4580913,96819 655864,1417 2159940,941 4552719,358 4580916,13320 655863,4441 2159939,106 4552735,709 4580932,47821 655880,8368 2159952,55 4552793,216 4580991,34922 655931,2351 2160003,036 4552793,899 4580995,53423 655888,0904 2159957,835 4552821,835 4581020,54824 655888,2603 2159957,978 4552822,227 4581020,95225 655905,9696 2159971,728 4552879,909 4581080,01926 655912,4303 2159976,663 4552902,119 4581102,73827 655944,0963 2160007,719 4552912,123 4581114,96928 655972,6762 2160035,795 4552920,475 4581125,32929 656000,4384 2160063,134 4552927,642 4581134,44430 656029,1918 2160091,437 4552935,239 4581144,05831 656057,9539 2160119,714 4552943,329 4581154,16932 656086,7147 2160148,003 4552951,225 4581164,083

33 656113,6935 2160174,366 4552961,132 4581175,892

34 656109,1482 2160168,55 4552979,251 4581193,743

35 656099,5042 2160156,688 4553010,804 4581224,71

36 656135,8469 2160190,177 4553053,285 4581269,83

37 656174,4326 2160228,131 4553063,872 4581283,127

38 656202,7312 2160255,989 4553071,299 4581292,54

39 656231,851 2160284,665 4553078,816 4581302,1

40 656259,7767 2160311,944 4553089,206 4581314,458

41 656144,0729 2160204,478 4552966,15 4581183,033

42 656176,5247 2160236,572 4552972,553 4581191,708

43 656176,0721 2160235,899 4552975,716 4581194,848

44 656201,0479 2160260,825 4552977,403 4581198,275

45 656233,6475 2160292,576 4552990,875 4581214,047

46 656274,5151 2160332,775 4553002,071 4581228,113

47 656276,9259 2160335,149 4553002,695 4581228,906

48 656286,7403 2160342,635 4553036,594 4581263,578

49 656271,8844 2160333,328 4552956,15 4581181,886

50 656282,9149 2160347,01 4552918,407 4581144,808

51 656298,9927 2160366,952 4552863,399 4581090,769

52 656308,2584 2160378,505 4552830,845 4581058,772

53 656315,4611 2160387,734 4552801,953 4581030,302

54 656323,7937 2160398,076 4552773,349 4581002,2

GRAZIE PER L’ATTENZIONEGRAZIE PER L’ATTENZIONE