SATELLITI-GPS-GIS Gennaio 2015 · PDF fileLEZIONE DI POTENZIAMENTO SATELLITI-GPS-GIS Gennaio...

17
LEZIONE DI POTENZIAMENTO SATELLITI-GPS-GIS Gennaio 2015 Prof.ssa Sara Peverieri Dott. Andrea Capalbo

Transcript of SATELLITI-GPS-GIS Gennaio 2015 · PDF fileLEZIONE DI POTENZIAMENTO SATELLITI-GPS-GIS Gennaio...

Page 1: SATELLITI-GPS-GIS Gennaio 2015 · PDF fileLEZIONE DI POTENZIAMENTO SATELLITI-GPS-GIS Gennaio 2015 Prof.ssa Sara Peverieri Dott. Andrea Capalbo

LEZIONE DI POTENZIAMENTO

SATELLITI-GPS-GIS

Gennaio 2015

Prof.ssa Sara Peverieri

Dott. Andrea Capalbo

Page 2: SATELLITI-GPS-GIS Gennaio 2015 · PDF fileLEZIONE DI POTENZIAMENTO SATELLITI-GPS-GIS Gennaio 2015 Prof.ssa Sara Peverieri Dott. Andrea Capalbo

SATELLITE ARTIFICIALE

Con il termine satellite artificiale si possono intendere tutti gli oggetti orbitanti intorno ad un corpo celeste che sono stati posti volutamente

nell'orbita desiderata con mezzi tecnologici (ad esempio razzi vettori) e con varie finalità a supporto di necessità umane (servizi o

indagini/monitoraggio scientifico-ambientali). L'insieme di più satelliti artificiali adibiti ad uno stesso scopo forma una costellazione o flotta di

satelliti artificiali.

I satelliti artificiali si possono suddividere in:

satelliti scientifici, destinati alla ricerca pura nel campo dell'astronomia o della geofisica, es. Telescopio Spaziale Hubble o Lageos;

satelliti applicativi, destinati a scopi militari o ad usi commerciali civili che si dividono in:

satelliti per la navigazione, come quelli della rete GPS (Global positioning system);

satelliti per telecomunicazioni, apparecchiature costruite dall'uomo per le telecomunicazioni, es. i Satelliti COSPAS-

SARSAT; spesso sono posizionati in un'orbita geostazionaria intorno alla Terra e in numero tale da formare una rete

satellitare;

satelliti meteorologici, posizionati sia in orbita geostazionaria (es. METEOSAT) sia in orbita polare (es. satelliti NOAA);

satelliti per telerilevamento, costruiti per il telerilevamento, la cartografia e l'osservazione sistematica della superficie

terrestre (es. satelliti Landsat, QuickBird, Envisat, IKONOS o RapidEye);

satelliti militari sia a scopo offensivo che difensivo, es. la rete di satelliti di monitoraggio nucleare Vela o

l'americano Geosat;

stazioni orbitanti, es. Stazione Spaziale Internazionale, Skylab, Mir;

sonde spaziali in modo improprio, perché in genere le sonde non orbitano attorno ad un altro corpo.

I satelliti inoltre sono caratterizzati in base all'orbita che percorrono. Le orbite principali sono: orbita polare, orbita equatoriale, orbita

geostazionaria, orbita terrestre bassa, orbita terrestre media.

Page 3: SATELLITI-GPS-GIS Gennaio 2015 · PDF fileLEZIONE DI POTENZIAMENTO SATELLITI-GPS-GIS Gennaio 2015 Prof.ssa Sara Peverieri Dott. Andrea Capalbo

Costellazione satelliti GPS.

Un satellite in orbita.

ORBITE DEI SATELLITI

Le orbite dei satelliti e dei pianeti del Sistema Solare sono ellittiche.

Orbita ellittica intorno alla Terra conperigeo a 630 km e apogeo a 11650 km dalla superficie terrestre

Le orbite delle sonde spaziali inviate al di fuori del Sistema Solare sono iperboliche.

Traiettoria iperbolica intorno alla Terra con perigeo a 5275 km dalla superficie terrestre Anche le porzioni di orbite di sonde inviate verso i pianeti esterni (come la sonda Galileo e la sonda Cassini nelle fasi di avvicinamento e allontanamento) sono iperboliche.

Page 4: SATELLITI-GPS-GIS Gennaio 2015 · PDF fileLEZIONE DI POTENZIAMENTO SATELLITI-GPS-GIS Gennaio 2015 Prof.ssa Sara Peverieri Dott. Andrea Capalbo

ORBITA in base all'inclinazione rispetto al piano equatoriale un'orbita può essere:

Orbita equatoriale: se l'inclinazione è circa zero (ad esempio l'orbita geostazionaria).

Orbita polare: se l'inclinazione è quasi uguale a 90°. I satelliti in orbita polare hanno la caratteristica di poter vedere tutto il globo grazie al

loro moto latitudinale lungo i meridiani.

Orbita eclittica: se l'inclinazione dell'orbita coincide con l'eclittica del pianeta

Orbita retrograda: se l'inclinazione è superiore a 90°.

ORBITE In base all'altitudine rispetto alla Terra:

Orbita terrestre bassa, in cui si trova ad esempio la Stazione Spaziale Internazionale

Orbita terrestre media, in cui si trovano i satelliti dei sistemi di navigazione (GLONASS, Galileo e GPS).

Orbita terrestre alta (particolarmente ellittica)

Orbita geostazionaria: ad una quota di 36 000 km i satelliti possono rimanere fermi rispetto alla superficie terrestre. Molti satelliti per

letelecomunicazioni si trovano in quest'orbita.

Page 5: SATELLITI-GPS-GIS Gennaio 2015 · PDF fileLEZIONE DI POTENZIAMENTO SATELLITI-GPS-GIS Gennaio 2015 Prof.ssa Sara Peverieri Dott. Andrea Capalbo

GPS

Il sistema satellitare di navigazione GPS utilizza il WGS84 (World Geodetic System 1984 è un sistema di coordinate geografiche geodetico,

mondiale, basato su un ellissoide di riferimento elaborato nel 1984. Esso costituisce un modello matematico della Terra da un punto di vista

geometrico, geodetico e gravitazionale)

Il sistema di posizionamento si compone di tre segmenti: il segmento spaziale, il segmento di controllo ed il segmento utente.

A. Il segmento spaziale comprende da 24 a 32 satelliti-

B. L'Aeronautica militare degli Stati Uniti sviluppa, gestisce ed opera il segmento spaziale ed il segmento di controllo.

C. Il segmento utente infine è composto dai ricevitori GPS.

Il principio di funzionamento si basa su un metodo di posizionamento sferico (trilaterazione), che parte dalla misura del tempo impiegato da

un segnale radio a percorrere la distanza satellite-ricevitore.

Poiché il ricevitore non conosce quando è stato trasmesso il segnale dal satellite, per il calcolo della differenza dei tempi il segnale inviato dal

satellite è di tipo orario, grazie all'orologio atomico presente sul satellite: il ricevitore calcola l'esatta distanza di propagazione dal satellite a

partire dalla differenza (dell'ordine dei microsecondi) tra l'orario pervenuto e quello del proprio orologio sincronizzato con quello a bordo del

satellite, tenendo conto della velocità di propagazione del segnale.

L'orologio a bordo dei ricevitori GPS è, però, molto meno sofisticato di quello a bordo dei satelliti e deve essere corretto frequentemente non

essendo altrettanto accurato sul lungo periodo. In particolare la sincronizzazione di tale orologio avviene all'accensione del dispositivo ricevente

utilizzando l'informazione che arriva dal quarto satellite venendo così continuamente aggiornata.

Se il ricevitore avesse anch'esso un orologio atomico al cesio perfettamente sincronizzato con quello dei satelliti sarebbero sufficienti le

informazioni fornite da 3 satelliti, ma nella realtà non è così e dunque il ricevitore deve risolvere un sistema di 4 incognite

(latitudine,longitudine, altitudine e tempo) e per riuscirci necessita dunque di 4 equazioni.

Ciascun satellite emette su due canali: L1, l'unico disponibile al servizio SPS (per uso civile), e L2 per l'uso esclusivo per il servizio PPS (uso

militare). Le frequenze portanti sono di 1575,42MHz e di 1227,6MHz rispettivamente.

Page 6: SATELLITI-GPS-GIS Gennaio 2015 · PDF fileLEZIONE DI POTENZIAMENTO SATELLITI-GPS-GIS Gennaio 2015 Prof.ssa Sara Peverieri Dott. Andrea Capalbo

A-Il segmento spaziale

Dal 2010 il sistema è costituito da una costellazione di 31 satelliti NAVSTAR (navigation satellite timing and ranging), disposti su sei piani orbitali

con una inclinazione di 55° sul piano equatoriale. Seguono un'orbita praticamente circolare (coneccentricità massima tollerata di 0,03) con raggio

di circa 26 560 km viaggiando in 11 h 58 min 2 s, o metà giorno siderale. I satelliti, osservati da terra, ripetono lo stesso percorso nel cielo dopo

un giorno sidereo.

Ciascun piano orbitale ha almeno 4 satelliti, e i piani sono disposti in modo tale che ogni utilizzatore sulla terra possa ricevere i segnali di almeno

5 satelliti. Ogni satellite, a seconda della versione, possiede un certo numero di orologi atomici (al cesio o al rubidio).

In orbita vi sono un minimo di 24 satelliti per la trasmissione di dati GPS, più 3 di scorta per garantire copertura globale del servizio. Ciascun

satellite dispone di razzi a idrazina per effettuare le correzioni di orbita e di pannelli solari fotovoltaici per la produzione di energia elettrica uniti a

una batteria per garantire l'energia per le operazioni anche quando il sole è eclissato.

Page 7: SATELLITI-GPS-GIS Gennaio 2015 · PDF fileLEZIONE DI POTENZIAMENTO SATELLITI-GPS-GIS Gennaio 2015 Prof.ssa Sara Peverieri Dott. Andrea Capalbo

B-Il segmento di controllo

Il segmento di controllo si compone di una stazione di controllo principale, una stazione di controllo alternativa, varie antenne dedicate e condivise e stazioni di

monitoraggio.

Page 8: SATELLITI-GPS-GIS Gennaio 2015 · PDF fileLEZIONE DI POTENZIAMENTO SATELLITI-GPS-GIS Gennaio 2015 Prof.ssa Sara Peverieri Dott. Andrea Capalbo

C-Il segmento utente

è un tipico ricevitore GPS con antenna integrata.

Composto dalle centinaia di migliaia di ricevitori militari e le decine di milioni di ricevitori degli utente civili, commerciali e scientifici. In generale i ricevitori si

compongono di una antenna, un microprocessore e una sorgente di tempo (come un oscillatore al quarzo). Possono anche includere un display per fornire le

informazione all'utente.

Un ricevitore viene spesso descritto dal numero di canali di cui dispone che indica il numero di satelliti che è in grado di monitorare simultaneamente. Il numero di

canali è stato incrementato progressivamente nel tempo. Tipicamente un moderno ricevitore commerciale dispone di un numero di canali compreso tra 20 e 32 anche

se sono disponibili ricevitori con un numero maggiore.

Esistono software appositi, proprietari o open source che utilizzano una cartografia, che può essere anch'essa pubblica o proprietaria. I dati di navigazione vengono

generalmente forniti a PC.

Sempre più spesso i ricevitori GPS sono integrati all'interno smartphone, Tablet PC, orologi e vari oggetti adatti all'uso in mobilità.

Page 9: SATELLITI-GPS-GIS Gennaio 2015 · PDF fileLEZIONE DI POTENZIAMENTO SATELLITI-GPS-GIS Gennaio 2015 Prof.ssa Sara Peverieri Dott. Andrea Capalbo

Applicazioni[

navigazione assistita

possibilità, a partire dalla posizione locale, di ricevere indicazioni stradali che sulla base ad una mappa stradale, presente in memoria sul

dispositivo, calcola il percorso stradale più breve per giungere ad una certa destinazione reimpostata

seguire determinate rotte aree e nautiche nella navigazione aerea e marittima.

in caso di emergenza segnalazioni incidenti, infortuni, incendi radionavigazione nelle tipiche attività sportive all'aria aperta

per scopi topografici/cartografici.

sincronizzazione di precisione degli orologi terrestri accoppiati ad un ricevitore GPS grazie alla presenza degli orologi atomici presenti sui

satelliti e al segnale orario trasmesso da questi verso Terra

Navigazione aerea

Dal 2000 è obbligatorio l'utilizzo del WGS84 come standard per la navigazione aerea. In Italia sia l'Aeronautica Militare Italiana che l'ENAV,

l'Ente Nazionale di Assistenza al Volo, hanno i dati aeronautici nel sistema WGS84.

Page 10: SATELLITI-GPS-GIS Gennaio 2015 · PDF fileLEZIONE DI POTENZIAMENTO SATELLITI-GPS-GIS Gennaio 2015 Prof.ssa Sara Peverieri Dott. Andrea Capalbo

GIS

Un GIS è invece un sistema informativo computerizzato che permette l'acquisizione, la registrazione, l'analisi, la visualizzazione e la restituzione di informazioniderivanti da dati geografici (geo-riferiti).

Il GIS consente di mettere in relazione tra loro dati diversi, sulla base del loro comune riferimento geografico in modo da creare nuove informazioni a partire dai dati esistenti.

QGIS è un'applicazione desktop GIS Geographic(al) Information System. Open Source molto simile nell'interfaccia utente e nelle funzioni alle release di pacchetti GIS commerciali equivalenti.

Page 11: SATELLITI-GPS-GIS Gennaio 2015 · PDF fileLEZIONE DI POTENZIAMENTO SATELLITI-GPS-GIS Gennaio 2015 Prof.ssa Sara Peverieri Dott. Andrea Capalbo

Un esempio applicativo di uso integrato di GPS-

GIS

Page 12: SATELLITI-GPS-GIS Gennaio 2015 · PDF fileLEZIONE DI POTENZIAMENTO SATELLITI-GPS-GIS Gennaio 2015 Prof.ssa Sara Peverieri Dott. Andrea Capalbo
Page 13: SATELLITI-GPS-GIS Gennaio 2015 · PDF fileLEZIONE DI POTENZIAMENTO SATELLITI-GPS-GIS Gennaio 2015 Prof.ssa Sara Peverieri Dott. Andrea Capalbo
Page 14: SATELLITI-GPS-GIS Gennaio 2015 · PDF fileLEZIONE DI POTENZIAMENTO SATELLITI-GPS-GIS Gennaio 2015 Prof.ssa Sara Peverieri Dott. Andrea Capalbo

Elettrodotto 717 FANO -S.VENERANDA

Page 15: SATELLITI-GPS-GIS Gennaio 2015 · PDF fileLEZIONE DI POTENZIAMENTO SATELLITI-GPS-GIS Gennaio 2015 Prof.ssa Sara Peverieri Dott. Andrea Capalbo

Ed ora tocca a te!

Page 16: SATELLITI-GPS-GIS Gennaio 2015 · PDF fileLEZIONE DI POTENZIAMENTO SATELLITI-GPS-GIS Gennaio 2015 Prof.ssa Sara Peverieri Dott. Andrea Capalbo

Sara PeverieriUniversità degli Studi di BolognaDip.to di Geo-Fisica Scienze matematiche-fisiche-informatiche

e-mail: [email protected]

Andrea Capalbo PhD

Università degli Studi del MoliseDip.to di Bioscienze e TerritorioLaboratorio di Geoscienze e GISContrada Fonte Lappone86090 Pesche (IS)

skype: andrea.capalboe-mail: [email protected]

ULTERIORI INFORMAZIONI E LINK ALLA PAGINA SUCCESSIVA !

Page 17: SATELLITI-GPS-GIS Gennaio 2015 · PDF fileLEZIONE DI POTENZIAMENTO SATELLITI-GPS-GIS Gennaio 2015 Prof.ssa Sara Peverieri Dott. Andrea Capalbo

Cartografia e GIS: link utili

Ciao a tutti,

eccovi alcuni link che potranno esservi utili nel caso che voi decidiate di approfondire l’utilizzo dei

software GIS.

Il programma che abbiamo utilizzato si chiama QGIS ed è scaricabile gratuitamente, senza registrazione,

all’indirizzo www.qgis.org. Sullo stesso sito troverete le guide in lingua inglese (alcune anche in italiano),

i tutorial e il forum per le discussioni.

Esistono altri GIS open source come gvSIG (www.gvsig.org/), uDIG (udig.refractions.net/) e tanti altri

ancora. La scelta di iniziare ad utilizzare uno di questi software dipende da molti fattori. Se vi dovessi

dare un consiglio direi di iniziare con QGIS o gvSIG perché hanno una comunità di utenti molto estesa,

quindi ci sono tante plugin da scaricare e un forum di discussione molto ampio.

Invece i più diffusi sw GIS a pagamento sono quelli della ESRI: qui tutte le info che li riguardano

http://www.arcgis.com/features/

Per scaricare il DEM (digital elevation model) che abbiamo utilizzato (in realtà potreste scaricare l’intero

globo volendo) è necessario collegarsi a questo sito: http://earthexplorer.usgs.gov/. La prima volta può

essere un po’ complicato ricercare il prodotto desiderato ed è un po’ difficile da spiegare in poche righe. Se

avete problemi contattatemi pure, proveremo a farlo insieme dal laboratorio della scuola.

Un link molto utile per gli utilizzatori di sw GIS è quello del Portale Cartografico Nazionale (PCN)

(http://www.pcn.minambiente.it/), il quale permette di utilizzare tantissimi dati (foto aeree, carte

tematiche ecc) attraverso la rete. A questo link

http://www.regione.abruzzo.it/xcartografia/docs/wms/Istruzioni_WMS_QGIS.pdf

troverete una breve guida per utilizzare i servizi WMS (web map service) del PCN in QGIS. Anche in

questo caso i primi passi sono un po’ complicati purtroppo.

Cambiamo argomento. A questo link troverete una lista di software per realizzare delle mappe

concettuali: http://aranzulla.tecnologia.virgilio.it/programmi-per-fare-mappe-concettuali-28185.html

Funzionano bene, ma quasi tutti non permettono di esportare l’elaborato senza upgrade a pagamento.

L’unico che ha la funzione export di default è Freemind. Tutte le info a questo link:

http://freemind.sourceforge.net/wiki/index.php/Main_Page

Nella sezione download scegliete la versione all-inclusive per il vostro sistema operativo e procedete

all’istallazione (è necessario avere java istallato sul proprio pc o in alternativa scegliere la versione di

freemind provvista anche di java).

Per tutto il resto cercate nei forum di discussione sui GIS, i tutorial su youtube e scrivetemi una e-mail

per qualsiasi dubbio.

Ciao a tutti.

Andrea