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Primo Corso Regionale in Lombardia su Servizi GPS Primo Corso Regionale in Lombardia su Servizi GPS di Posizionamento per il Territorio e il Catasto di Posizionamento per il Territorio e il Catasto prof. Giorgio Vassena prof prof . Giorgio . Giorgio Vassena Vassena Il Il rilievo rilievo GPS GPS e e il il posizionamento posizionamento in tempo in tempo reale reale Giovedì 16 Febbraio 2006 Giovedì 16 Febbraio 2006 Università degli Studi di Brescia Università degli Studi di Brescia

Il rilievo GPS e il posizionamento in tempo realegeomatica.como.polimi.it/formazione/servizi_gps06/pdf/vassena.pdf · Primo Corso Regionale in Lombardia su Servizi GPS di Posizionamento

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Primo Corso Regionale in Lombardia su Servizi GPS Primo Corso Regionale in Lombardia su Servizi GPS di Posizionamento per il Territorio e il Catastodi Posizionamento per il Territorio e il Catasto

prof. Giorgio Vassenaprofprof. Giorgio . Giorgio VassenaVassena

Il Il rilievorilievo GPS GPS e e ilil posizionamentoposizionamento in tempo in tempo realereale

Giovedì 16 Febbraio 2006Giovedì 16 Febbraio 2006 Università degli Studi di BresciaUniversità degli Studi di Brescia

:: Il rilievo GPS e il posizionamento in tempo reale ::

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2Schema di posizionamentoSchema di posizionamentoassolutoassoluto

La tua posizione è:37o 23,323’’ Nord

122o 02,162’’ Ovest

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3MetodiMetodi didi posizionamentoposizionamento GPSGPSclassificazioneclassificazione didi basebase

•• Assoluto (navigazionale) 1 ricevit.Assoluto (navigazionale) 1 ricevit.• Real Time

•• RelativoRelativo solo solo codicecodice ((DGPS) 2+ ric.DGPS) 2+ ric.• Real Time• Post processato

•• RelativoRelativo CodiceCodice + + Fase 2+ ric.Fase 2+ ric.• Real-Time - (RTK)• Post Processato

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4PosizionamentoPosizionamento autonomoautonomoin tempo in tempo realereale•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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5Posizionamento relativoPosizionamento relativo•• STATICO o STATICO o CINEMATICOCINEMATICO•• TEMPO REALE O POSTTEMPO REALE O POST PROCESSATOPROCESSATO

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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63 3 MetodiMetodi didi rilevamentorilevamento•• STATICO STATICO (STATICO(STATICO RAPIDO RAPIDO o FASTSTATICo FASTSTATIC))

• (post processato)• Statico impiegato per: controllo geodetico; rilevamento di alta

precisone.• Rapido Statico impiegato per: progettazione; controllo

secondario…•• CINEMATICO POST PROCESSATOCINEMATICO POST PROCESSATO

• Rilevamento topografico; • Fotogrammetria; GIS.

•• CINEMATICO RTK (REAL TIME KINEMATIC)CINEMATICO RTK (REAL TIME KINEMATIC)• Rilevamento topografico;• Tracciamento di strutture;• Rilevamento catastale;• Controllo fotogrammetrico.

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I 3 I 3 metodimetodi sonosono accomunatiaccomunati dalladallastessastessa esigenzaesigenza didi accuratezzaaccuratezza, , cheche è è didi livellolivello CENTIMERICO (2CENTIMERICO (2--3 cm)3 cm)

In In tuttitutti i 3 i 3 casicasi è è necessarionecessario risolvererisolverel’ambiguitàl’ambiguità interaintera didi fasefase..

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8L’ambiguitàL’ambiguità interaintera

∆λ

Dl = Dl = ParteParte frazionariafrazionaria didi unaunalunghezzalunghezza d’ondad’onda

NN = N = AmbiguitàAmbiguità interaintera

Risolvere l’ambiguità di fase è lo scopo dell’INIZIALIZZAZIONE

La risoluzionedell’ambiguità intera

di fase consente ilposizionamento di

livello centimetrico

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9MisuraMisura didi fasefase

12

39

6

∆λ

MisuraMisura delladella portanteportantedidi fasefase continuacontinua

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RilevamentoRilevamento staticostatico

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11RequisitiRequisiti per per ilil rilievorilievo staticostaticoAlmenoAlmeno 4 4 satelliti satelliti che rispettino che rispettino alcune condizionialcune condizioni

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Si desideri conoscere la posizione di4 vertici

- Almeno un vertice di coordnote

- Scelta dei vertici con buona visuale a sud

- Planning prima della misura- Evitare il rischio di zoneesposte al rischio dimultipath

100200

300400

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baseline

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15Attenzioni operative

- 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’

- Supponiamo di poter disporre di 4 ricevitori

- 3 basi indipendenti

100200

300400

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SECONDA SESSIONE

- Ad esempio 20’

- Supponiamo di poter disporre di 4 ricevitori

- 3 nuove basi indipendenti

100200

300400

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RETE FINALE – QUADRILATERO TRILATERATO

- 6 BASI INDIPENDENTI

- Nome file riconoscibile dalser.n dello strumento

- 3 basi ridondanti

- Comp. a mimini quadrati

- Verifica empirica di chiusura dei poligonichiusi in X, Y e Z

100200

300400

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19RilevamentoRilevamento staticostatico•• L’ambiguitàL’ambiguità interaintera didi fasefase vieneviene risoltarisolta nelnel

software software didi elaborazioneelaborazione

•• Il tempo Il tempo didi occupazioneoccupazione è è fondamentalefondamentale per per risolvererisolvere l’ambiguitàl’ambiguità interaintera didi fasefase

•• I tempi I tempi didi occupazioneoccupazione dipendonodipendono daldal tipotipodaldal ricevitorericevitore, , dalladalla lunghezzalunghezza delladellabaseline, baseline, dalladalla geometricageometrica satellitaresatellitare e e dadaeventualieventuali sorgentisorgenti didi multipathmultipath..

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20RilevamentoRilevamento StaticoStatico RapidoRapidoL1 L1 e L2

Tempi Tempi consigliaticonsigliatididi occupazioneoccupazione:: 20 min - 6+ SVs 8 min - 6+ SVs

25 min - 5 SVs 15 min - 5 SVs30 min - 4 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 diosservazione deve essere maggiore

Per baseline sopra 15 km è opportuno usare tempi di osservazionepiù 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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RilevamentoRilevamento cinematico cinematico in tempo realein tempo reale

RTK RTK -- DGPSDGPS

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22ComponentiComponenti del del sistemasistema RTK RTK

Controller

GPS Antenna

GSM/GPRS Modem o

Radio Modem +

Antenna

Tutti i componentidevono essere

presenti per entrambe le stazioni

(base e mobile)

Ricevitore

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23RequisitiRequisiti Real Time Real Time KinematicKinematicAlmenoAlmeno 5 5 satellitisatelliti

comunicomuni

Tempo Tempo didi occupazioneoccupazione = 1 = 1 -- 30s DOPO 30s DOPO l’inizializzazionel’inizializzazione

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ATTENZIONI OPERATIVE

- Struttura a stazione base (master) e ricevitore mobile (rover)

- La stazione base può essere composta da una stazpermanente

- 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 deveessere opportunamente selezionato

- Attenzione a non confondere il tempo di inizializzazionedai 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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26RilevamentoRilevamento RTKRTK•• Baseline Baseline inferioriinferiori a 10 km (single a 10 km (single base) a meno base) a meno

che si operi con un segnale proveniente da che si operi con un segnale proveniente da servizi di rete su base regionaleservizi di rete su base regionale

•• E’ E’ necessarianecessaria l’inizializzazionel’inizializzazione prima prima didi acquisireacquisiredatidati..

•• DopoDopo l’inizializzazionel’inizializzazione l’accuratezzal’accuratezza è è centimetricacentimetrica. .

•• In In casocaso didi perditaperdita didi inizializzazioneinizializzazione, è , è necessarionecessario riguadagnarlariguadagnarla prima prima didi proseguireproseguire

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27InizializzazioneInizializzazione RT OnRT On--TheThe--FlyFlyIl rilevamento sisvolge mentre il

sistema è in modalità FIXED

Richiede 5 satelliti in vista per entrambi i

ricevitori

L’elaboratore si avvaledi una combinazione di

dati L1 e L2RicevitoriRicevitori DoppiaDoppia FrequenzaFrequenza

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28CasoCaso criticocritico: : perditaperdita didicomunicazionecomunicazione radio con la baseradio con la base

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29SoluzioneSoluzione 1:1:AlzareAlzare l’antennal’antenna RadioRadio

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30SoluzioneSoluzione 2:2:PosizionarePosizionare un un ripetitoreripetitore

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31SoluzioneSoluzione 3:3:

PassarePassare allaalla modalitàmodalità mistamistacheche consenteconsente l’acquisizionel’acquisizione contemporaneacontemporaneadeidei datidati per postper post--processamentoprocessamento (PPK)(PPK)

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32SoluzioneSoluzione 4: 4: UsareUsare un un collegamentocollegamento alternativoalternativo

•• TelefonicoTelefonico GSM / GPRSGSM / GPRS•• Via Internet (Via Internet (NtripNtrip o o direttamentedirettamente susu IP)IP)•• Collegarsi ai servizi di posizionamentoCollegarsi ai servizi di posizionamento

regionali !!regionali !!

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33Metodo della calibrazioneMetodo della calibrazioneal fine di agganciarsi a sistemial fine di agganciarsi a sistemidi riferimento localedi riferimento locale

Sistema della calibrazione

-Il ricevitore o il software richiedono di inserire lecoordinate 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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34CalibrazioneCalibrazione PlanimetricaPlanimetrica•• AlmenoAlmeno 3 3 verticivertici didi controllocontrollo

•• 5 5 puntipunti raccomandatiraccomandati

= GPS observation= GPS observation= Control Point= Control Point

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35RotazioneRotazione

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36TraslazioneTraslazione

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37ScalaScala

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38ScartiScarti

Scarto

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TRACCIAMENTOTRACCIAMENTO

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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40RequisitiRequisiti PP PP KinematicKinematic

Tempo Tempo didi occupazioneoccupazione = 1 = 1 -- 30s DOPO 30s DOPO l’inizializzazionel’inizializzazione

AlmenoAlmeno 5 5 satellitisatelliti comunicomuni

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41PP Kinematic SurveysPP Kinematic Surveys

•• Baseline Baseline idealiideali inferioriinferiori a 15 kma 15 km

•• E’ E’ necessarionecessario acquisireacquisire datidati a a sufficienzasufficienzaper per permetterepermettere la la soluzionesoluzione dell’ambiguitàdell’ambiguitàdidi fasefase all’internoall’interno del software del software didielaborazioneelaborazione

•• MentreMentre sisi è in è in campagnacampagna, , l’inizializzaizonel’inizializzaizonenon non corrispondecorrisponde ad ad unauna accuratezzaaccuratezzacentimetricacentimetrica

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42ProcessoProcesso didi CalibrazioneCalibrazione

Horizontal AdjustmentHorizontal Adjustment•• RotazioneRotazione•• TraslazioneTraslazione•• ScalaScala

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EsempiEsempi -- ApplicazioniApplicazioni

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Inserimento cartografico di pozzi piezometrici in sito inquinato.

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45Problemi di trasformazione di coordinate per “orientare”

un rilievo GPS in un sistema locale di coordinate rettilinee

904

901

902

159903

69

92

114

143

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TRACCIAMENTO DEI PUNTI DI INDAGINE GEOGNOSTICA LINEA A.V. MILANO-BOLOGNA

La master può essere spostata durante le operazioni di rilievo senza ricalcolarei parametri di calibrazione

Master 1

Master 2

Eulerianoe

n

NE

Rettilineo F.S.

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TRACCIAMENTO DEI PUNTI DI INDAGINE GEOGNOSTICA LINEA A.V. MILANO-BOLOGNA

Area di calibrazionedmax = 17 km

Area di tracciamento dmax = 3,7 km

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Tracciamento indagini geognostichelinea TAV Milano-BolognaI Fase: Calibrazione sui vertici della rete di inquadramentoII Fase: Tracciamento dei punti, a partire dalle coordinate “rettilinee” di progetto

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FabbricatoPunto fiduciale

Vertice GPS rilevato in statico o RTK

Vertice GPS rilevato in statico o RTK

Nord sistemaNord strumento

Azimut

Direzione

Orientamento

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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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52Dispositivi Mobile GIS DGPS e post processamento staticoDispositivi Mobile GIS Dispositivi Mobile GIS DGPS e post DGPS e post processamentoprocessamento staticostatico

DATALOGGERDATALOGGER

RICEVITORE GPSRICEVITORE GPS

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53APPLICAZIONE AGGIORNAMENTO APPLICAZIONE AGGIORNAMENTO

WEBWEB--GISGIS

2003 – Gruppo di topografia – Università degli Studi di Brescia

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Classi di ricevitori GPSClassi di ricevitori GPSClassi di ricevitori GPS

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Ricevitori GPS - solo codice

accuratezze

posizionamento assoluto: 5-10 m

posizionamento differenziale con dati di solo codice (DGPS): 1,5-2 m

applicazioni tutte le applicazioni di navigazione e applicazioni GIS

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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56Ricevitori GPS singola frequenza L1

accuratezze

posizionamento assoluto: 15-20 m

applicazioni

posizionamenti differenziali in modalità statica (es. realizzazione di reti)

applicazioni GIS o posizionamenti cinematici

posizionamento statico su basi di lunghezza < 10 km: inferiore ai 10 cm

Posizionamento cinematico: 0,3-2 m

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57Ricevitori GPS doppia frequenza L1/L2

accuratezze

posizionamento assoluto: 5-10 m

applicazioni

posizionamenti differenziali in modalità statica (es. realizzazione di reti) e applicazioni geodetiche

posizionamenti cinematici di precisione e tracciamento

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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Grazie dell’attenzione

[email protected]