Primo Corso Regionale in Lombardia su Servizi GPS
di Posizionamento per il Territorio e il Catasto
Il rilievo GPS
e il posizionamento in tempo reale
prof
prof.. Giorgio Vassena
Giovedì 16 Febbraio 2006
Università degli Studi di Brescia
:: Il rilievo GPS e il posizionamento in tempo reale ::
Schema di posizionamento
assoluto
La tua posizione è:
37o 23,323’’ Nord
122o 02,162’’ Ovest
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:: Il rilievo GPS e il posizionamento in tempo reale ::
Metodi di posizionamento GPS
classificazione di base
• Assoluto (navigazionale) 1 ricevit.
• Real Time
• Relativo solo codice (DGPS) 2+ ric.
• Real Time
• Post processato
• Relativo Codice + Fase 2+ ric.
• Real-Time - (RTK)
• Post Processato
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:: Il rilievo GPS e il posizionamento in tempo reale ::
Posizionamento autonomo
in tempo reale
•Posizione calcolata ad ogni epoca o mediata su più epoche
•Utilizza solo Codice
• Uscita posizione in NMEA
(compare nella posizione file RINEX)
• Applicazioni navigazionali
<15 m
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:: Il rilievo GPS e il posizionamento in tempo reale ::
Posizionamento relativo
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• STATICO o CINEMATICO
• TEMPO REALE O POST PROCESSATO
E’ necessario avere almeno 2 ricevitori GPS
attivi contemporaneamente
Si calcola il valore della base cioè della
posizione relativa tra due ricevitori GPS
La base è assimilabile al vettore nello spazio
che collega le due antenne e dunque fornisce
un’informazione anche di orientamento nello
spazione e NON SOLO di distanza
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3 Metodi di rilevamento
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• STATICO (STATICO RAPIDO o FASTSTATIC)
• (post processato)
• Statico impiegato per: controllo geodetico; rilevamento di alta
precisone.
• Rapido Statico impiegato per: progettazione; controllo
secondario…
• CINEMATICO POST PROCESSATO
• Rilevamento topografico;
• Fotogrammetria; GIS.
• CINEMATICO RTK (REAL TIME KINEMATIC)
•
•
•
•
Rilevamento topografico;
Tracciamento di strutture;
Rilevamento catastale;
Controllo fotogrammetrico.
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:: Il rilievo GPS e il posizionamento in tempo reale ::
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I 3 metodi sono accomunati dalla
stessa esigenza di accuratezza, che è
di livello CENTIMERICO (2-3 cm)
In tutti i 3 casi è necessario risolvere
l’ambiguità intera di fase.
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L’ambiguità intera
Dl =
N =
8
Parte frazionaria di una
lunghezza d’onda
Ambiguità intera
N
La risoluzione
dell’ambiguità intera
di fase consente il
posizionamento di
livello centimetrico
∆λ
Risolvere l’ambiguità di fase è lo
scopo dell’INIZIALIZZAZIONE
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Misura di fase
9
∆λ
12
9
3
Misura della portante
di fase continua
6
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Rilevamento statico
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Requisiti per il rilievo statico
Almeno 4 satelliti
che rispettino
alcune condizioni
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:: Il rilievo GPS e il posizionamento in tempo reale ::
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Si desideri conoscere la posizione di
4 vertici
- Almeno un vertice di coord
note
- Scelta dei vertici con
buona visuale a sud
- Planning prima della misura
- Evitare il rischio di zone
esposte al rischio di
multipath
200
100
400
300
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baseline
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Attenzioni operative
-
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Sampling rate comune (15-30 sec)
Definizione dell’angolo di cut off
Verifica continua del DOP (Diluition of Precision)
Modalità univoca di misura della altezza della
antenna (registrata anche manualmente)
Attenzione alla acquisizione contemporanea
Segnare il nome punto e lo strumento s/n per
ogni sessione
Ad ogni sessione di misura riposizionare lo
strumento variando l’altezza dell’antenna
E’ possibile risolvere n-1 basi dove n è pari al
numero di ricevitori attivo contemporaneamente
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PRIMA SESSIONE
- Ad esempio 20’
200
100
- Supponiamo di poter
disporre di 4 ricevitori
- 3 basi indipendenti
400
300
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SECONDA SESSIONE
- Ad esempio 20’
200
100
- Supponiamo di poter
disporre di 4 ricevitori
- 3 nuove basi indipendenti
400
300
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RETE FINALE – QUADRILATERO TRILATERATO
200
- 6 BASI INDIPENDENTI
100
- Nome file riconoscibile dal
ser.n dello strumento
- 3 basi ridondanti
- Comp. a mimini quadrati
- Verifica empirica di
chiusura dei poligoni
chiusi in X, Y e Z
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400
300
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Rilevamento statico
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• L’ambiguità intera di fase viene risolta nel
software di elaborazione
• Il tempo di occupazione è fondamentale per
risolvere l’ambiguità intera di fase
• I tempi di occupazione dipendono dal tipo
dal ricevitore, dalla lunghezza della
baseline, dalla geometrica satellitare e da
eventuali sorgenti di multipath.
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Rilevamento Statico Rapido
Tempi consigliati
di occupazione:
L1
L1 e L2
20 min - 6+ SVs
25 min - 5 SVs
30 min - 4 SVs
8 min - 6+ SVs
15 min - 5 SVs
20 min - 4 SVs
Ricevitori L1 (singola frequenza) dovrebbero esere usati solo per
baseline inferiori a 10 km
Se una stazione presenta multipath inevitabile il tempo di
osservazione deve essere maggiore
Per baseline sopra 15 km è opportuno usare tempi di osservazione
più lunghi. Un’ora è normale, a meno che la baseline sia superiore a
40 km; in tal caso adottare tempi di osservazione più lunghi.
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Rilevamento cinematico
in tempo reale
RTK - DGPS
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Componenti del sistema RTK
GPS Antenna
Tutti i componenti
devono essere
presenti per
entrambe le stazioni
(base e mobile)
Controller
Ricevitore
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GSM/GPRS
Modem o
Radio Modem
+
Antenna
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Requisiti Real Time Kinematic
Almeno 5 satelliti
comuni
Tempo di occupazione = 1 - 30s DOPO l’inizializzazione
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ATTENZIONI OPERATIVE
- Struttura a stazione base (master) e ricevitore mobile
(rover)
- La stazione base può essere composta da una staz
permanente
- E’ necessaria la comunicazione tra i 2 ricevitori
- In fase di misura viene ricevuta la correzione diff. dal
rover
- Si registrano le coordinate calcolare in tempo reale
dal rover
- Sono possibili errori grossolani nel calcolo della
posizione
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ATTENZIONI OPERATIVE
- Il segnale di correzione differenziale RTCM deve
essere opportunamente selezionato
- Attenzione a non confondere il tempo di inizializzazione
dai tempi di collegamento propri della telefonia mobile
- Alcuni operatori che lavorano i roaming sono
sconsigliati
- Attenzione alla quota strumentale
- Applicare correttamente i parametri di trasformazione
per muoversi nel DATUM corretto
- Effettuare sempre verifiche sul campo
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Rilevamento RTK
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• Baseline inferiori a 10 km (single base) a meno
che si operi con un segnale proveniente da
servizi di rete su base regionale
• E’ necessaria l’inizializzazione prima di acquisire
dati.
• Dopo l’inizializzazione l’accuratezza è
centimetrica.
• In caso di perdita di inizializzazione, è
necessario riguadagnarla prima di proseguire
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Inizializzazione RT On-The-Fly
Il rilevamento si
svolge mentre il
sistema è in
modalità FIXED
L’elaboratore si avvale
di una combinazione di
dati L1 e L2
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Richiede 5
satelliti in vista
per entrambi i
ricevitori
Ricevitori Doppia Frequenza
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Caso critico: perdita di
comunicazione radio con la base
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Soluzione 1:
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Alzare l’antenna Radio
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Soluzione 2:
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Posizionare un ripetitore
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Soluzione 3:
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Passare alla modalità mista
che consente l’acquisizione contemporanea
dei dati per post-processamento (PPK)
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Soluzione 4:
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Usare un collegamento alternativo
•
•
•
Telefonico GSM / GPRS
Via Internet (Ntrip o direttamente su IP)
Collegarsi ai servizi di posizionamento
regionali !!
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Metodo della calibrazione
al fine di agganciarsi a sistemi
di riferimento locale
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Sistema della calibrazione
-Il ricevitore o il software richiedono di inserire le
coordinate di almeno 4 vertici noti nel sistema locale
- Viene calcolata la trasformazione con variazione
di scala e con gli scarti della trasformazione
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Calibrazione Planimetrica
• Almeno 3 vertici di controllo
• 5 punti raccomandati
= GPS observation
= Control Point
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Rotazione
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Traslazione
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Scala
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Scarti
a
c
S
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o
t
r
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TRACCIAMENTO
Approccio molto utile e produttivo nel caso di
dover operare in operazioni di tracciamento o di
aggancio a sistemi locali di riferimento
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Requisiti PP Kinematic
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Almeno 5
satelliti comuni
Tempo di occupazione = 1 - 30s DOPO l’inizializzazione
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PP Kinematic Surveys
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• Baseline ideali inferiori a 15 km
• E’ necessario acquisire dati a sufficienza
per permettere la soluzione dell’ambiguità
di fase all’interno del software di
elaborazione
• Mentre si è in campagna, l’inizializzaizone
non corrisponde ad una accuratezza
centimetrica
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Processo di Calibrazione
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Horizontal Adjustment
• Rotazione
• Traslazione
• Scala
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Esempi - Applicazioni
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Inserimento cartografico di pozzi piezometrici in sito inquinato.
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Problemi di trasformazione di coordinate per “orientare”
un rilievo GPS in un sistema locale di coordinate rettilinee
901
69
92
114
904
902
143
903
159
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TRACCIAMENTO DEI PUNTI DI INDAGINE
GEOGNOSTICA LINEA A.V. MILANO-BOLOGNA
n
Master 1
E
N
La master può essere spostata durante
le operazioni di rilievo senza ricalcolare
i parametri di calibrazione
Rettilineo F.S.
e
Euleriano
Master 2
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TRACCIAMENTO DEI PUNTI DI INDAGINE
GEOGNOSTICA LINEA A.V. MILANO-BOLOGNA
Area di calibrazione
dmax = 17 km
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Area di tracciamento
dmax = 3,7 km
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Tracciamento indagini geognostiche
linea TAV Milano-Bologna
I Fase: Calibrazione sui vertici della
rete di inquadramento
II Fase: Tracciamento dei punti, a partire
dalle coordinate “rettilinee” di progetto
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Fabbricato
Punto fiduciale
Nord strumento
Vertice GPS rilevato
in statico o RTK
Nord sistema
Orientamento
Direzione
Azimut
Vertice GPS rilevato
in statico o RTK
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Discarica RSU Montichiari – Modello digitale del terreno
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Discarica RSU Calcinato – Rilievo di alcune sezioni longitudinali
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Dispositivi Mobile GIS
DGPS e post processamento statico
DATALOGGER
RICEVITORE GPS
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APPLICAZIONE AGGIORNAMENTO
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WEB-GIS
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2003 – Gruppo di topografia – Università degli Studi di Brescia
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Classi di ricevitori GPS
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Ricevitori GPS - solo codice
applicazioni
tutte le applicazioni di
navigazione e applicazioni GIS
posizionamento assoluto: 5-10 m
accuratezze
posizionamento differenziale con dati di
solo codice (DGPS): 1,5-2 m
Nota: Le applicazioni DGPS, dato il basso grado di precisione, possono essere differenziate
anche su basi di notevole lunghezza (70-100 km).
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Ricevitori GPS singola frequenza L1
applicazioni
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posizionamenti differenziali in
modalità statica (es. realizzazione di
reti)
applicazioni GIS o posizionamenti
cinematici
posizionamento assoluto: 15-20 m
accuratezze
posizionamento statico su basi di
lunghezza < 10 km: inferiore ai 10 cm
Posizionamento cinematico: 0,3-2 m
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Ricevitori GPS doppia frequenza L1/L2
applicazioni
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posizionamenti differenziali in
modalità statica (es. realizzazione di
reti) e applicazioni geodetiche
posizionamenti cinematici di
precisione e tracciamento
posizionamento assoluto: 5-10 m
accuratezze
posizionamento statico su basi di
lunghezza < 30 km: 1-3 cm
Posizionamento cinematico su basi di
lunghezza < 20 km: 2-5 cm
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58
Grazie dell’attenzione
[email protected]
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