Amministrazione Provinciale di Piacenza

Amministrazione Provinciale di Piacenza
Dipartimento Politiche di Gestione del territorio e Tutela dell’ambiente.
UOA Monitoraggio delle risorse territoriali e ambientali.
Loc. Gariga, 29027 Podenzano (PC)
Localizzazione di zone umide collinari con l’ausilio del sistema GPS
differenziale.
P. Lega, F. Bernini, A. Cella
Rapporto interno n. 286/99
Luglio 1999
Premessa.
Il sistema GPS (Global Positioning System) viene ormai impiegato diffusamente per la
rilevazione di coordinate geografiche e di punti quotati: il suo impiego, inizialmente limitato alla
navigazione, si è poi diffuso in molteplici campi della vita civile e della produzione, quali la
topografia e cartografia, la geodesia, la geologia, la localizzazione di impianti tecnologici, la
sicurezza, la gestione dei GIS, ecc. fino al tempo libero e all’escursionismo. Grazie al GPS è ora
possibile dotare di propri sistemi di navigazione ogni genere di veicolo e addirittura i pedoni, con un
a risoluzione sufficiente a districarsi nei meandri di una grande città: è infatti allo studio un sistema
di questo tipo per aiutare i non vedenti. Con l’impiego di opportuni sistemi GPS e di particolari
tecniche di elaborazione si riesce a raggiungere attualmente nella determinazione delle coordinate
spaziali di un punto una precisione centimetrica, pienamente utilizzabile anche nei rilievi catastali.
Il sistema GPS si basa sulla presenza di 21 satelliti giacenti su orbite circolari semistazionarie
a 20.000 km di altezza dalla terra; i piani delle orbite e il numero di satelliti per orbita sono
concepiti in modo tale che da ogni punto della terra siano visibili in condizioni normali almeno 5
satelliti contemporaneamente; tutti i satelliti sono sincronizzati fra di loro e con il Tempo
Universale per mezzo di orologi atomici e di controlli da terra; ogni satellite infine trasmette
continuamente a terra un segnale che permette al ricevitore di stabilire con esattezza la sua
posizione nello spazio in termini di distanza e di coordinate angolari; la conoscenza simultanea
della posizione di almeno 4 satelliti consente al ricevitore di sincronizzare il proprio orologio su
quello dei satelliti e di determinare univocamente la propria posizione nello spazio, e cioè le proprie
coordinate geografiche e l’altitudine.
Per garantire la sicurezza militare del sistema tuttavia, il Governo Statunitense ha introdotto
un processo di degradazione del segnale, tale per cui l’utente civile non può determinare la propria
posizione con un errore medio inferiore ai 100 m., anche se praticamente l’errore medio effettivo
raggiungibile nella determinazione delle coordinate risulta di 30-40 m., mentre quello relativo
all’altitudine resta effettivamente attorno ai 100 m.
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Il metodo più diffuso per ovviare a questa degradazione del segnale ricevuto e alla bassa
precisione disponibile è quello del Differential GPS (DGPS), in cui una stazione principale (base
station) stabilita dall’utente in un luogo noto con assoluta precisione fornisce a tutti i ricevitori
(rover station) anche a distanza di centinaia di km i segnali di correzione relativi alla configurazione
dei satelliti visibili in ogni istante, e cioè in pratica l’errore commesso nella determinazione della
propria posizione già nota. I segnali di correzione possono essere trasmessi da Società di Servizi ai
propri utenti attraverso canali radio o più semplicemente essere ricevuti in tempo differito, off-line:
con questo sistema differenziale, anche con un semplice GPS palmare è possibile raggiungere
precisioni metriche.
La soluzione più semplice per la determinazione di coordinate spaziali con precisione metrica,
che è quella adottata anche per il presente lavoro, è dunque quella di acquisire i dati non corretti
tramite un GPS portatile dotato di memoria locale e di interfacciabilità ad un PC, scaricare i dati su
di un PC e correggerli successivamente con l’aiuto di files di segnali di correzione ricevuti in tempo
differito da una stazione base distante normalmente non più di circa 200 km.; la distanza della
stazione base (e quindi la possibilità di non vedere contemporaneamente la stessa costellazione di
satelliti vista dal ricevitore) e il tempo di acquisizione dei segnali necessari ad una singola
determinazione di posizione, influiscono entrambe sulla precisione dei risultati.
Materiali e metodi.
Le determinazioni di coordinate e altitudine riferite in questo contesto sono relative ad una
campagna di osservazioni sui laghetti naturali e sulle zone umide delle alte Val Nure e Val d’Arda
condotta dal Servizio Tutela del Territorio, Fauna, Flora e Parchi con la collaborazione del Corpo di
Vigilanza Provinciale, dell’Università di Parma e delle GEV nel corso dei mesi di Maggio e Giugno
u.s.
La campagna di osservazioni riguardava principalmente le condizioni bio-ecologiche dei
laghetti, ma la stessa è stata utilizzata anche per la determinazione delle loro coordinate, in quanto
mentre buona parte dei siti risulta già identificata sulla CTR 1:5000, alcuni ancora non lo sono.
Per la determinazione delle coordinate è stato adottato
un sistema GPS palmare Trimble Geoexplorer II dotato di
antenna esterna veicolare, interfacciabile a PC tramite il
software Trimble Pathfinder.
Le misure sono state eseguite nel periodo dal 20
Maggio al 2 Giugno utilizzando quasi sempre l’antenna
esterna veicolare, anche nelle misure eseguite lontano
dall’auto; per ogni rilievo puntiforme sono state utilizzate
più di 30 misure di posizione memorizzate ogni 1 sec., con
un tempo totale di acquisizione per ogni singolo punto
inferiore al minuto; i punti sono stati codificati con sigle
convenzionali durante la ricezione; il sistema di coordinate
prescelto è stato l’UTM 32.
Le misure sono state corrette utilizzando i file di
Il Geoexplorer II della Trimble
correzione prodotti dalla Regione E.R. per mezzo della
propria stazione fissa collocata a Bologna, viale Silvani, e
scaricati dal sito FTP della Regione; in tutti i casi è stato possibile correggere i dati misurati nel
corso di questa campagna con i files prodotti a Bologna, ad eccezione di alcuni elementi a linea
misurati il 23.05.99. Le coordinate UTM così ottenute sono state successivamente corrette in
coordinate UTM con falso Nord (-4000000) per poter sovrapporre i punti alla cartografia digitale
del Sistema Informativo Territoriale in ambiente ArcInfo-ArcView; i dati sono poi stati esportati
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come file dbf e importati in ArcView come tabella, da cui si è ottenuto lo shape di cui si riportano i
diversi lay-out nelle figure successive.
Nella tabella 1 seguente sono riportati: l’ID dei punti, le coordinate UTM Est e UTM falso
Nord, l’altitudine calcolata con il Gps in mslm, la codifica originale dei punti come è stata inserita
dagli operatori in campo, le date dei rilievi, il n° della tavola CTR 1:5000 su cui sono stai
individuati e la denominazione (provvisoria) attribuita. Dai controlli eseguiti sulla CTR 1:5000 e
riportati nelle fig. successive, si può osservare che per i punti già contenuti nella cartografia
mediamente la correzione differenziale dei dati consente di ottenere una precisione di 3-5 m. sia in
orizzontale che in altitudine.
ID
Utm-E
Utm-N
Altit
Cod Data
CTR
1:5000
1 557077 947612 1069
1 20/05/99 198091
2 556576 949067
877
2 20/05/99 198091
3 556511 949044
876
3 20/05/99 198091
4 556169 949009
905
4 20/05/99 198091
5 536233 953821 1093
Q 23/05/99 197064
6 536498 952169 1213
B 23/05/99 197062
7 536313 949975 1273
A 23/05/99 197062
9 536183 949893 1269
D 23/05/99 197063
10 536717 950591 1260
L 23/05/99 197062
11 542265 940200 1344
A 25/05/99 197153
13 543149 941622 1112
C 25/05/99 197151
14 540990 941357
988
D 25/05/99 197153
15 540137 935516 1464
1 02/06/99 215033
16 540085 935166 1470
2 02/06/99 215033
17 539938 934670 1544
3 02/06/99 215033
18 539854 934583 1542
4 02/06/99 215033
19 539538 935392 1390
5 02/06/99 215022
20 539559 935407 1390
6 02/06/99 215022
21 539335 935914 1320
7 02/06/99 215022
Tab. 1 – Codifica dei punti, coordinate UTM, altitudine
denominazione provvisoria.
Denominazione
Pozze 1 e 2
Lago del Gallo Est
Lago del Gallo Ovest
Lago del Rudo
1° Lago S. Agostino - Emissario
Pozza Sella dei Generali
Pozza Aserei 1°
Pozza Aserei 2°
Grande prato mollo tra Aserei e C. Liscaro
Pozza Alessandra
Lago Moo
Pozza
Pozza Moggia Rossa
5 Pozze Loc. Le Buche
Lago Nero A
Lago Nero B
Lago Marani Inferiore
Lago Marani Superiore
Pozza Nisora Inferiore
slm, data di misura, CTR 1:5000 di riferimento,
Nella fig. 1 successiva è stato riportato un quadro di insieme dei punti misurati, sul grigliato di
collegamento delle CTR 1:5000 e sui confini amministrativi comunali.
Nelle fig. 2-13 sono riportati gli stralci delle corrispondenti tavole CTR 1:5000, in scala, con i
punti identificati dal loro ID della tabella.
Nel corso della campagna il Gps è stato utilizzato anche per il tracciamento di elementi a linea
(contorni delle pozze o zone umide); in particolare nei rilievi del 23/5 sono stati rilevati i contorni
di 3 pozze, dei quali solo 1 è risultato coerente sia nei dati originali che in quelli corretti,
probabilmente a causa di momentanei ombreggiamenti di qualche satellite della costellazione
durante il percorso a piedi lungo il bordo delle pozze; la linea corretta risultata coerente, seppure
non chiusa, è stata quella codificata come J e relativa alla Pozza Aserei 2°, Pozza identificata dal
punto ID=9 di fig. 6.
La linea J è stata quindi sovrapposta alla medesima Tavola CTR 1:5000 n° 197063 e
rappresentata in fig. 14 in scala.
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3
Fig. 1 – Quadro di insieme dei punti misurati; in verde la griglia di riferimento della CTR 1:5000, in rosso i confini comunali.
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4
Firg. 2 – Punto ID=1, Pozze 1 e 2, CTR 1:5000 n° 198091.
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5
Fig. 3 – Punti ID=2,3,4; Lago del Gallo Est, Lago del Gallo Ovest, Lago del Rudo; CTR 1:5000 n° 198091.
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6
Fig. 4 – Punto di ID=5; 1° lago dopo S. Agostino; CTR 1:5000 n°197064.
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7
Fig. 5 – Punto di ID=6; Pozza Sella dei Generali; CTR 1:5000 n° 197062.
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8
Fig. 6 – Punto di ID=7 e 9; pozze Aserei 1° e 2°; CTR 1:5000 n° 197062 e 197063.
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9
Fig. 7 – Punto di ID=10; Grande prato mollo tra Aserei e C. Liscaro; CTR 1:5000 n° 197062.
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10
Fig. 8 –Punto di ID=11; Pozza Alessandra; CTR 1:5000 n° 197153.
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11
Fig. 9 – Punto di ID=13; Lago Moo; CTR 1:5000 n° 197151.
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Fig. 10 – Punto di ID=14; Pozza senza nome; CTR 1:5000 n° 197153.
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Fig. 11 – Punti di ID=15, 16, 19, 20; Pozza Moggia Rossa, pozze loc. Le Buche, Lago Marani inf. E lago Marani sup.; CTR 1:5000 n° 215033 e 215022.
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Fig. 12 –Punti di ID=17, 18; Lago Nero Nord-Ovest e Ovest; CTR 1:5000 n° 215033.
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Fig. 13 – Punto di ID=21; Pozza Nisora inferiore; CTR 1:5000 n°215022.
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Fig. 14 – La linea di cod. J in violetto, contorno della Pozza Aserei 2°; CTR 1:5000 n° 197063.
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