sottolotto 3 - Centro Interregionale Gis

SOTTOLOTTO 3
Valutazione tecnica, in termini di analisi costi/benefici, per il riuso di
infrastrutture regionali (reti per il GNSS in tempo reale) anche per
l’infomobilità
1. INTRODUZIONE
Lo sviluppo del sottolotto prevede tre fasi sequenziali che possono essere sintetizzate in:
1. Una accurata ricerca sullo stato dell’arte delle applicazioni di infomobilità supportate da una
rete GNSS permanente, e nella definizione delle esigenze relative ai diversi tipi di
applicazioni.
2. Una valutazione tecnica delle modalità di riuso delle reti regionali per questo tipo di
applicazioni, in termini di analisi costi/benefici.
3. Un lavoro di sintesi finale che produrrà un rapporto definitivo.
In questa relazione cercheremo di rispondere nel capitolo 2 alle esigenze dei diversi tipi di
applicazioni. Nel capitolo 4 una bibliografia ragionata servirà a fare il punto sullo stato dell’arte
delle applicazioni di rete all’infomobilità.
Nel capitolo 3 si cercherà di proporre una modalità di riuso delle reti di stazioni permanenti per
questo tipo di applicazioni. L’analisi dei costi e dei benefici tuttavia è solo qualitativa, in quanto
dipende sensibilmente sia dall’applicazione che dal grado di automazione che si desidera fornire
all’applicazione stessa.
Con ciò questa relazione vuole rispondere alle richieste dei punti 1) e 2) su elencati.
2. LE APPLICAZIONI DI INFOMOBILITÀ DI RETI GNSS E LE LORO ESIGENZE
Agli scopi previsti del sottolotto, relativi alla definizione delle esigenze dei diversi tipi di
applicazione ed allo stato dell’arte delle applicazioni stesse cerchiamo dapprima di rispondere a
queste domande:
- Qual è lo stato dell’arte delle applicazioni che possono trarre beneficio dalle reti per il tempo
reale? Quali sono le loro esigenze?
- Qual è lo stato dell’arte dei ricevitori a costo relativamente basso, che usualmente sono
utilizzati in tali applicazioni e che traggono beneficio dalle reti?
- Quali precisioni possono essere richieste nei vari ambiti di infomobilità?
2.1. Stato dell’arte delle applicazioni ed esigenze relative
Vi sono applicazioni di posizionamento legate all’infomobilità che potrebbero richiedere un
incremento di precisione, prestazioni ed affidabilità rispetto al posizionamento stand-alone. Senza
la pretesa di esaurire tutte le applicazioni che la fantasia e le nuove esigenze creano, possiamo
distinguere gli usi diretti ed indiretti legati all’infomobilità. Infine elenchiamo possibilità non
ancora appieno sfruttate ma di possibile futuro sviluppo.
Applicazioni dirette legate all’infomobilità:
 Il tracciamento di flotte di automezzi di merci pericolose e di veicoli per soccorso stradale. Può
essere utile una affidabilità più spinta delle coordinate in casi di pericolo come deviazioni di
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






corsie e incidenti. Può servire su mezzi di soccorso: ambulanze, VVFF, forze di Polizia,
Soccorso Stradale. In questi casi vi possono essere esigenze in tempo reale (forze dell’ordine,
polizia, ambulanze ecc.) sia in post processing giornaliero (il tracciamento di flotte non sempre
necessita del tempo reale, in alcuni casi è sufficiente il calcolo dei tragitti al termine di una
giornata lavorativa). Per questi copi sono sufficienti ricevitori GPS di bassissimo costo, (50€,
detti anche mass market), purché dotati della possibilità di applicare le correzioni DGPS in
tempo reale e/o di registrare su una periferica, abitualmente sulla memoria di un telefono, o su
palmare i dati grezzi. Questa possibilità esiste ad esempio con ricevitori GPS della Ditta Sirf, o
della Ditta u-Blox. Vi sono anche prototipi in grado di assemblare tutta la tecnologia necessaria
a fare funzionare questi sensori sia con le correzioni differenziali in real time, che in post
processing. Non vi sono però ancora strumenti di larga diffusione che abbiano entrambe le
capacità elencate.
Per la movimentazione all’interno di un interporto di container in funzione della loro
localizzazione. Una precisione elevata consente un buon posizionamento delle gru di
sollevamento. Le esigenze sono l’elevata precisione e la buona affidabilità. Ciò è ottenuto
applicando le correzioni differenziali a ricevitori di basso o medio costo. Applicazioni diffuse di
questo tipo si hanno nei porti e negli interporti del nord Europa con ricevitori mono frequenza
della Ditta Septentrio.
In ambiente marino, lacustre o fluviale per la batimetria di precisione, legata ad esempio ai
nuovi sensori-scanner subacquei. Le esigenze sono la media od alta precisione in tempo reale.
Nel primo caso non è sufficiente un posizionamento stand-alone, ma si richiede almeno un
posizionamento differenziale, i costi tuttavia sono limitati a poche centinaia di €. Nel secondo
caso si richiede il fissaggio delle ambiguità di fase, con un ricevitore di fascia media di costo. In
entrambi i casi è necessario un inquadramento in un sistema di riferimento standard ed è ciò che
abitualmente viene assicurato e prodotto con le correzioni di rete.
Nel soccorso alpino. In condizioni di pericolo: nebbia, ghiaccio, condizioni meteo avverse in
genere; nella guida assistita da elicotteri del Servizio Civile o dei VVFF per l’avvicinamento in
condizioni critiche. Esigenze: usualmente non servono precisioni migliori di uno o due metri.
Tali precisioni possono essere raggiunte con ricevitori di bassissimo costo purché abilitati alla
ricezione del segnale differenziale. In questi casi il vincolo più stringente non è il ricevitore GPS
ma il mezzo di comunicazione con la base. Non è sempre possibile in certi siti la comunicazione
GSM o GPRS. Le correzioni di rete, sia pure a basso livello di precisione, potrebbero essere
allora radiodiffuse o trasmesse con sistemi satellitari, wireless od altro ancora.
Quando serva una certificazione “PVT” (Posizione, Velocità e Tempo) legata al pagamento di
parcheggi, al tempo di sosta od ai km percorsi in autostrada. Le esigenze non richiedono elevata
precisione, una precisione di uno o due metri è sufficiente e raggiungibile con ricevitori mass
market, purché abbiano accesso alle correzioni di rete. A proposito ricordiamo che le reti
memorizzano in un file di log non solo il nome dell’utente e i tempi di utilizzo della rete, ma
anche le posizioni e le precisioni raggiunte nel posizionamento.
Posizionamento di precisione di piattaforme o cavi poco fuori costa. Le esigenze sono identiche
a quelle esaminate nelle applicazioni batimetriche.
Controllo in tempo reale dell’interdistanza tra veicoli. Vi sono degli studi in proposito sia della
General Motors che della Fiat. In questi casi tuttavia l’esigenza principale non è l’applicazione
ma la sua certificazione in termini di affidabilità.
Posizionamento indoor. Le esigenze sono precisioni di tipo metrico. È oggi possibile in alcune
favorevoli circostanze grazie alla maggior sensibilità dei ricevitori. Uno dei problemi cruciali è
il multipath. La costellazione Galileo promette segnali ancora meglio ricevibili in condizione
indoor ed una minore sensibilità al multipath.
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
Agricoltura di precisione. L’esigenza di precisione è di tipo metrico. Anche in questo caso sono
sufficienti ricevitori di basso costo, purché abilitati al posizionamento DGPS. La correzione di
rete fornisce sia la certificazione che l’inquadramento in un sistema di riferimento noto.
Applicazioni indirettamente utili all’infomobilità
 Aggiornamento speditivo di database topografici, inserimento e reperimento di elementi di
infrastrutture viarie e di servizi, sottoservizi ed impianti, sentieristica. Per la costruzione di
questi sistemi informativi, la precisione usualmente richiesta è sub metrica. Usualmente è
possibile ottenerla con correzioni differenziali applicate a ricevitori di medio costo.
 Posa automatica di strutture ed infrastrutture legate alla mobilità stradale e ferroviaria o di
tubazioni, cavi ed elettrodotti. In particolare in ambito ferroviario la posa delle traversine sulla
massicciata con macchine automatiche; in ambito stradale il monitoraggio di macchine fresatrici
della massicciata affinché non danneggino giunti di dilatazione o condutture inserite nella
massicciata e precedentemente rilevate; sempre in ambito stradale, la gestione degli scavi per la
posa o la riparazione di tubazioni e condutture. Esigenze: in tutti questi casi è necessaria sia la
precisione che il tempo reale. La richiesta inderogabile è che sia noto ed unico il sistema di
riferimento utilizzato. Tale esigenza è certamente tipica di una rete regionale o nazionale
certificata.
 La costruzione del Catasto stradale e ferroviario. In questo caso non sempre è necessario il
tempo reale, può essere sufficiente ed è spesso più produttivo il posizionamento in post
processing. Non per questo non sono utili le reti di stazioni permanenti. La notevole
interdistanza tra stazione e luogo del rilievo non assicura il fissaggio delle ambiguità ed il
relativo posizionamento di precisione. La possibilità della Rete di costruire, anche a posteriori,
un archivio di dati di una stazione virtuale prossima al rilievo, consentirebbe di raggiungere gli
scopi prefissi.
Applicazioni tecnicamente possibili ma non diffuse
 Molti potenziali utenti che usano il GPS per scopi di navigazione stradale posseggono
strumentazione mass market che usualmente non si presta a scopi di posizionamento di rete. Per
due motivi: il ricevitore non è in grado di applicare le correzioni differenziali o, se anche lo
fosse, il carico trasmissivo risulterebbe elevato rispetto al mezzo trasmissivo e all’esigenza di un
posizionamento di più spinta precisione saltuaria. In questi casi il centro di controllo potrebbe
ricevere, solo quando serve, i dati grezzi del ricevitore. Con tali dati e i prodotti di rete è
possibile correggere il posizionamento stand alone del ricevitore ed infine trasmettere e
certificare la posizione all’utente connesso. In tal modo i mezzi trasmissivi possono avere bande
molto ridotte. Sono avvenute già sperimentazioni di questa procedura utilizzando particolari
ricetrasmettitori VHF in dotazione alla Protezione Civile del Piemonte. Tali ricetrasmettitori
hanno la capacità di eseguire contemporaneamente la trasmissione della voce e dei dati con una
modesta larghezza di banda (9600 baud).
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2.2. Quali ricevitori traggono beneficio dalla rete? Quali precisioni raggiungono nella rete?
In sintesi, traggono beneficio tutti i ricevitori che hanno la possibilità di applicare una correzione
differenziale od anche, in modalità DGPS inversa, la possibilità di trasmettere i propri dati grezzi ad
un centro di controllo.
Oggi vi sono praticamente tre fasce di ricevitori, tale panorama tuttavia sarà abbastanza diverso fra
cinque anni con l’ammodernamento del sistema GNSS.
Sul mercato sono presenti svariati ricevitori dalle diverse caratteristiche, e con prezzi estremamente
diversificati. Si può dire che quasi ogni applicazione possa contare su di un’apparecchiatura GNSS
specifica. Associate ad ogni ricevitore sono acquisibili molte opzioni per diversi tipi di utilizzo. Una
classificazione dei ricevitori può essere fatta in base alle misure che questi sono in grado di
acquisire. In base a questo criterio possiamo individuare quattro categorie di ricevitori:
 Ricevitori mass market detti anche “misura di codice” (pseudoranges)
 Ricevitori “singola frequenza” (GPS o GPS e Glonass)
 Ricevitori “geodetici” (doppia frequenza GPS, Glonass ed aperti all’innovazione GNSS).
Quest’ultimi ricevitori possono essere nella configurazione “rover” o nella configurazione di
stazione permanente.
Vediamo le principali caratteristiche.
Ricevitori “mass-market”
Figura 1 – Ricevitori “mass-market”.
Sono la classe più diffusa sul mercato. Generalmente impiegano le misure effettuate sul codice per
il calcolo della posizione. I ricevitori che normalmente si trovano in commercio hanno almeno 6
canali (più spesso 12), hanno dimensioni e prezzi contenuti che vanno dai 50 € ai 400 €. Buona
parte del costo dipende dall’interfaccia utente, che può presentarsi attraverso uno schermo a colori
sensibile ai comandi dell’utente, o limitarsi a pochi tasti. Usualmente vengono impiegati per la
navigazione terrestre e, per questo, hanno capacità di calcolo e visualizzazione della cartografia e di
scelta interattiva delle rotte. Sono spesso detti “palmari” per le loro dimensioni. Questi ricevitori
forniscono coordinate su di un display, spesso non consentono la memorizzazione dei dati grezzi,
anche se alcuni di questi, come molti ricevitori Garmin e SiRF rendono disponibili le misure di
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codice e fase su L1 con protocollo proprietario. Tutti i ricevitori invece possono fornire coordinate
ad un apparato esterno, mediante un protocollo standard (NMEA), via collegamento seriale. La
precisione del posizionamento assoluto è dell’ordine dei 10m in planimetria e può migliorare con
una fitta costellazione. Alcuni di questi ricevitori consentono di applicare la correzione RTCM di
codice, in tal caso la precisione planimetrica è di alcuni metri (2-5m) e può migliorare leggermente
mediando le misure nel caso statico.
Altri ricevitori di questo tipo hanno un’interfaccia limitatissima od assente. Trasmettono
semplicemente via protocollo bluetooth il messaggio NMEA che fornisce, ad un’altra periferica la
posizione dell’antenna. Il costo è di circa 60€.
Altri ricevitori di questo tipo sono schede GPS OEM, che possono essere anche molto piccole. Il
costo si aggira attorno ai 20€. Hanno lo svantaggio di dover essere montate in una struttura più
complessa. Alcuni di questi ricevitori prevedono l’ingresso della correzione differenziale in formato
RTCM 2.xx.
Ricevitori “singola frequenza”
DG14 RTK
Figura 2 – Ricevitori singola frequenza.
Possono acquisire oltre al codice C/A anche la portante L1 per il GPS ed hanno almeno 12 canali. I
più recenti consentono di tracciare una frequenza anche della costellazione Glonass. Normalmente
memorizzano i dati per il post processing su una memoria interna o su scheda estraibile, ma
consentono la correzione differenziale per il tempo reale.
Sono di dimensioni contenute e perciò l’antenna, l’unità ricevente e l’alimentazione possono essere
contenute in un alloggiamento da montare a vite su una palina o su un supporto. Di solito si
comandano con pochi tasti o con un’interfaccia seriale.
Alcuni di questi ricevitori sono inseriti all’interno di un vero e proprio computer che permette anche
funzioni GIS e di visualizzazione di immagini digitali.
La precisione centimetrica (di qualche cm) può essere raggiunta in post processing, trattando i dati
con quella di una stazione master non più distante di 15 km. Le correzioni RTCM che vengono
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utilizzate sono di solito quelle di codice,che consentono, anche se la stazione base dista un centinaio
di km, un posizionamento con precisione metrica (80 cm – 1m) in planimetria.
Normalmente nessuno di questi ricevitori è in grado di usare, in tempo reale, le correzioni di fase.
Per meglio dire, nessuno ha la capacità di trattare codice e fase e giungere ad un posizionamento
RTK di tipo centimetrico.
Attualmente ci risulta possibile solo con due ricevitori della Casa Magellan®. In particolare il
modello DG14 RTK che vediamo sia nella versione OEM che nella versione inscatolata nella parte
destra della figura è maggiormente indicato per applicazioni di infomobilità.
Il costo varia da 800€ nelle versioni OEM, a 5000€ nelle versioni GIS e con ricezione Glonass.
Al termine del paragrafo è riportata una tabella dello stato dell’arte di questi ricevitori di fascia
media. Tale tabella fornisce anche un costo indicativo e le modalità di utilizzo dei sensori.
Ricevitori geodetici e multi costellazione
Questi ricevitori possono essere acquistati nella versione “rover”, nella versione “base” e nella
versione “stazione permanente”, nonché in versioni OEM.
Figura 3 – Ricevitori geodetici.
Questi tipi di ricevitori sono i più completi e possono acquisire tutte le parti del segnale GPS (L1,
L2, C/A, P), nonché tutte le parti del segnale Glonass. Alcuni di essi sono già abilitati a ricevere la
terza frequenza delle nuove costellazioni, nonché la costellazione Galileo. Tali ricevitori sono i più
indicati per costituire una stazione permanente. A detti ricevitori va in tal caso associata
un’adeguata antenna, opportunamente monumentata.
Hanno la possibilità di memorizzare internamente una grande quantità di dati, nonché la possibilità
di trasmettere, via porta seriale, una o più correzioni differenziali per mezzo di alcuni accessori
(radiomodem, gsm-modem, internet)
I ricevitori geodetici possono essere usati anche nelle versioni “base” e “rover”. Spesso questa
definizione riguarda solo il modo con cui lo stesso ricevitore è utilizzato, ma entrambi hanno
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caratteristiche identiche. In alcuni casi il ricevitore “rover” è più leggero e compatto. Il ricevitore
base deve calcolare e trasmettere la correzione differenziale. Il ricevitore rover deve essere in grado
di riceverla ed applicarla ai propri dati grezzi. L’applicazione più importante è il posizionamento
RTK, che si attua quando il ricevitore, utilizzando codici e fasi, è in grado di fissare,con sufficiente
affidabilità, l’ambiguità intera di fase. In tal caso si raggiunge, in tempo reale,la precisione
centimetrica.
Alcuni ricevitori necessitano il posizionamento statico, in attesa di questi calcoli necessari al
fissaggio. Dopo il fissaggio e sino ad un’eventuale perdita delle ambiguità, il ricevitore può
muoversi e mantenere la precisione centimetrica.
Altri ricevitori riescono a raggiungere il calcolo del fissaggio anche se si trovano in moto,
utilizzando a tal fine una delle numerose tecniche definite On The Fly (OTF).
I tempi necessari al fissaggio, sia in posizione statica, sia in modalità OTF, variano da pochi secondi
sino a tre minuti. Tale fissaggio in genere non avviene o, peggio ancora, avviene in modalità errata
(falso fissaggio) quando il ricevitore base dista svariati km dal rover (10 o 15 km è un limite
ragionevole). A questo proposito gli esperimenti eseguiti sulla rete di stazioni permanenti del
Politecnico di Torino hanno mostrato che il posizionamento di rete permette tempi di fissaggio
praticamente indipendenti dalla distanza dalla più vicina stazione permanente. Tali tempi sono
inoltre limitati nel 95% dei casi a non oltre un minuto.
Si sono verificati casi (rari ma presenti) di falsi fissaggi anche a minor distanza.
L’uso di più di una costellazione è di buon aiuto all’interno di valli o di canyon urbani. Non risolve
tuttavia tutti i problemi in quanto, per il buon posizionamento è anche necessario che gli indici
Diluition Of Precision (DOP) siano alquanto bassi, ciò non avviene normalmente nei canyon urbani.
I ricevitori geodetici sono normalmente molto flessibili, consentendo la connessione con svariati
sensori. I più utilizzati sono ad esempio gli orologi atomici, tipica periferica di una stazione
permanente, oppure camere fotogrammetriche, o batimetri, nel caso di ricevitori rover. È molto
attuale l’associazione tra ricevitori e sensori inerziali (INS). Tale associazione permette
sinergicamente il posizionamento di precisione anche durante la perdita del segnale GNSS dovuta
ad ostacoli e in genere ad interruzioni. Se queste sono limitate a pochi secondi è possibile
recuperare quasi istantaneamente le ambiguità di fase.
Dati in uscita
Il ricevitore GPS può generalmente fornire dati in uscita e in particolare dati grezzi (codici e fasi per
una loro successiva elaborazione) o coordinate in tempo reale. In tal caso il formato più conosciuto
con il quale vengono fornite è secondo uno standard denominato National Marine Electronics
Association (NMEA). Questo è organizzato secondo parecchi tipi di formati di “record”,
riconoscibili da un identificativo iniziale: all’interno, oltre la posizione, possono essere contenuti
vari dati.
Dati di codice e fase (per post processamento).
Alcuni ricevitori (solitamente quelli singola e doppia frequenza) possono memorizzare le
acquisizioni dei dati di codice o di fase. Il formato con cui vengono scaricati i dati dalla memoria
del ricevitore è normalmente quello proprietario della ditta costruttrice (normalmente un file
binario). Questo può essere poi convertito in un formato standard, riconosciuto internazionalmente,
e leggibile da tutti i programmi di elaborazione GPS. Il formato si chiama Receiver INdipendent
Exchange (RINEX) l’ultima versione è la 3.0, che prevede la possibilità di inserire i dati delle future
costellazioni. L’ultima versione in uso è la 2.30. Esiste anche una versione “compressa” (RINEX
formato Hatanaka) già precedentemente menzionata.
Il formato RINEX si compone di un file di osservazioni contenente le osservazioni di codici e fasi
di ogni costellazione ed altri files, di navigazione, uno per ogni costellazione, contenente i parametri
per il calcolo delle orbite dei satelliti. Nel caso di presenza di una stazione meteorologica è prevista
anche la possibilità di fornire dati meteo in un opportuno file.
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Tabella 1 - Ricevitori GNSS di medio costo adatti anche a scopi di infomobilità
Prodotto
MobileMapperCX
GS20 PDM
SR20
GMS-2
GMS-2 PRO
GeoXH
GeoXT
ProXH
ProXT
PathfìnderPROXRS
Marca
Magellan
Leica
Geosystems
Leica
Geosystems
Topcon
Topcon
Trimble
Trimble
Trimble
Trimble
Trimble
postprocessato
30 cm
30 cm
30 cm
1-2 m
1-2 m
30 cm
submetrico
30 cm
submetrico
50 cm
real time
submetrico
50 cm
50 cm
1-2 m
1-2 m
submetrico
submetrico
submetrico
submetrico
~1m
GNSS
GPS
GPS
GPS
GPS&GLONASS
GPS&GLONASS
GPS
GPS
GPS
GPS
GPS
mapper optional integrati
prezzo al pezzo
(IVA
esclusa)
sì.
3.000€:
compreso sw
Windows
nel ricev.
sì.
3.000€ : compreso
sw
Windows
ricev.
No
7.000 € la nel
coppia
sì.
Fotocamera
4.500 € escluso sw
Windows
sì.
Fotocamera,
5.000€: compreso sw
Windows
distanziometro, bussola 5.000€: compreso
nel ricev.
sì.
sw
Windows
nel ricev.
sì.
4.000 €: escluso
Windows
sw
palmare
3.500 €: escluso
esterno
sw
palmare
2.500 € escluso sw
esterno
palmare
4.500 € escluso sw
esterno
Nessuno ha il modem per la connessione per la ricezione dei dati differenziali, va acquistato a parte un cellulare o un palmare/cellulare.
Il sw per il post-processamento è a parte.
I MobileMapper sono commercializzati sia da Leica che da Codevintec.
2.3. Le precisioni ottenibili con ricevitori di basso costo in varie applicazioni
Nel paragrafo precedente abbiamo già valutato, nelle diverse classi di ricevitori oggi sul mercato,
quali sono le precisioni raggiungibili in rete. Al contrario occorrerebbe partire dalle esigenze di
precisione, affidabilità e tempi di risposta delle svariate applicazioni per costruire per queste il
sistema idoneo allo scopo.
Nell’ambito dell’infomobilità esiste un gran numero di applicazioni per cui le precisioni tipiche del
posizionamento stand alone sono più che sufficienti. Si pensi alla navigazione automobilistica, alla
gestione dei sistemi di trasporto pubblico, ma anche, salvo i casi descritti in precedenza, al
tracciamento di flotte. Tuttavia, nel settore dei trasporti esistono anche ambiti in cui un incremento
della precisione è desiderabile se non indispensabile, in particolare quando questo è legato alla
sicurezza.
Un esempio è il tracciamento di convogli ferroviari, in particolare in relazione al monitoraggio del
carico e della posizione del treno, specie nella logica di separazione dell’esercizio da quella
dell’infrastruttura. Anche il tracciamento e la guida di aeromobili, in ambito aeroportuale in assenza
di visibilità normale e nelle fasi di avvicinamento o decollo assistito, possono rientrare in questo
ambito. Tuttavia qui ci allontaniamo decisamente dalle finalità tipiche dell’infomobilità, per
scontrarci con problematiche diverse maggiormente legate all’affidabilità dei servizi.
La precisione e l’affidabilità del posizionamento non possono in ogni caso essere disgiunte da
valutazioni sul contenuto e sull’accuratezza del supporto informativo. L’efficienza di gestione di
qualsiasi servizio di infomobilità è infatti strettamente legata alla struttura GIS di supporto. In
questo senso l’apporto dato dalle RTN è più che altro legato al sistema di riferimento. Oltre al
miglioramento della precisione di posizionamento, la rete fornisce infatti anche un unico
inquadramento: è un piccolo vantaggio ma non trascurabile. È necessario ribadire che tale sistema
di riferimento deve essere unificato perlomeno a livello nazionale.
Anche l’impiego di un’unica base cartografica per tutti gli enti pubblici e privati va nella stessa
direzione, e in questo senso la rete geodetica di ordine zero ne costituisce l’ossatura.
Un’alternativa ai servizi di rete per migliorare la precisione del posizionamento sono i servizi di
“augmentation” forniti a livello continentale o globale. Il più importante per il nostro paese è
EGNOS.
Nel caso di Egnos tale servizio permette il miglioramento della precisione dal livello decametrico a
quello di alcuni metri. Il servizio è completamente gratuito e il segnale di correzione, che non è
abitualmente in uno standard RTCM, viene comunque interpretato correttamente dai più comuni ed
economici ricevitori, come ad esempio molti ricevitori della Ditta Garmin, molti ricevitori Sirf ed
altri ancora di tipo mass-market.
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Il segnale di correzione è trasmesso per mezzo di satelliti geostazionari situati allo zenith a
latitudine equatoriale. Il problema dell’utilizzo di tali segnali non è solamente nella bassa precisione
fornita, a causa del numero stazioni permanenti che forniscono i dati ancora limitato, ma è la scarsa
visibilità dei satelliti, specialmente in ambito urbano.
Un recente esperimento per valutare le precisioni e le applicabilità, condotto al Politecnico di
Torino, ha riscontrato la possibilità di utilizzate tali correzioni in meno del 10% di un percorso
urbano, a causa della scarsa visibilità dei satelliti. Tali satelliti infatti si trovano a circa 40°-45° di
elevazione alle nostre latitudini.
Per tali motivi, da tempo, il consorzio EGNOS ha previsto di diffondere tali correzioni,
gratuitamente, per mezzo di internet. Sperimentazioni in tal senso debbono ancora essere condotte.
Va ricordato tuttavia che il miglioramento del posizionamento non è elevato e, con tali
premesse,potrebbe essere percorribile la scelta di utilizzare una delle qualsiasi stazioni permanenti
europee che forniscono il dato di correzione RTCM che fanno parte del progetto EUREF-IP.
A livello globale esiste un servizio di “augmentation” privato della Ditta Fugro, denominato
“OmniSTAR”. Il servizio è ovviamente a pagamento (http://www.omnistar.com/pricing.html) e
prevede una quota di 1500 US$ per ricevitore e per anno nella modalità a precisione standard
(VBS). La copertura globale è fornita da 70 stazioni permanenti. E due centri di controllo calcolano
le correzioni. Per l’uso di tali correzioni, diffuse via satellite, servono tuttavia particolari ricevitori
che decodificano il segnale,oppure ricevitori tradizionali,purché dotati di scheda di ricezione del
segnale Omnistar. In ogni caso si parla di ricevitori di non meno di 5k€ di costo.
Il servizio prevede tre livelli di precisione differenziale, denominati VBS, HP, and XP.
OmniSTAR VBS dichiara una precisione sub metrica. In 24 ore di acquisizione la precisione tipica
2-sigma (95%) è minore di un metro in planimetria.
Il servizio OmniSTAR HP prevede un errore planimetrico 2-sigma (95%) di 6 centimetri, con gli
stessi tempi. La Fugro indica l’agricoltura come il settore tipico di impiego
Il servizio OmniSTAR XP fornisce una accuracy di circa 5 cm a breve termine ed una ripetibilità a
lungo termine migliore di 10 cm, 95%CEP.
3. VALUTAZIONE DELLE POSSIBILITÀ TECNICHE E DELLE MODALITÀ DI RIUSO
DELLE RETI REGIONALI PER APPLICAZIONI DI INFOMOBILITÀ, IN TERMINI
DI ANALISI COSTI/BENEFICI
In tutte le applicazioni legate all’infomobilità salvo casi particolarissimi, vi sono due caratteristiche
comuni da considerare:
1) non serve quasi mai una precisione centimetrica, ma è utile spesso un miglioramento
(augmentation) della precisione stand-alone che oggi è attorno ai 5m al 95%. Questa caratteristica
di precisione è legata tuttavia in parte ai ricevitori oggi a disposizione ed alle loro fasce di costo, in
parte potrà cambiare nei prossimi anni a causa del futuro ammodernamento del sistema GNSS.
Per tale motivo in questo capitolo si introdurrà un paragrafo che, in qualche modo esprime qual è la
tendenza costruttiva dei futuri ricevitori GNSS in questi ambiti applicativi.
2) è indispensabile quasi sempre che, da Regione a Regione, si possa seguire l’oggetto in
movimento in un unico sistema di riferimento. Ciò attualmente non avviene: quasi ogni Regione
adotta un “Datum” proprio.
Quest’ultimo problema dovrebbe essere sanato a breve termine, con l’adozione di un unico e più
preciso sistema di riferimento Nazionale, grazie anche all’avvio del calcolo di un nuovo sistema di
riferimento Nazionale e Dinamico eseguito in questi giorni dall’IGM. In ogni caso il problema è di
carattere più generale, specie se si vuole un coordinamento continentale su certi “corridoi” di
comunicazione strategici a livello Europeo.
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La soluzione che si propone è appunto un riutilizzo anche per il tempo reale e per scopi di media
precisione di alcune stazioni delle reti delle Regioni.
Già attualmente le reti delle Regioni forniscono gratuitamente dati con decimazione a 30 secondi
che vengono utilizzati in post processing. Questi dati sono parzialmente utilizzati da Enti pubblici,
alcune stazioni sono già inserite nella rete Euref, altre stazioni sono utilizzate per il calcolo in post
processing della nuova Rete Dinamica Nazionale dell’Istituto Geografico Militare.
Per scopi di inquadramento Nazionale è infatti sufficiente disporre dei dati di una o due stazioni
regionali, purché ben distribuite e ben monumentate. Ciò permette il riutilizzo per la costruzione e
l’unificazione dei sistemi di riferimento in un unico sistema di riferimento nazionale.
Ciò che si propone è fare altrettanto per gli scopi legati all’infomobilità. In tal caso il numero di
stazioni necessarie potrebbe essere identico al caso precedente, ma ciò che si richiede è il flusso di
dati ad un secondo. Tale flusso non sempre è disponibile gratuitamente, ma potrebbe esserlo per una
sola stazione della rete regionale, agli scopi previsti legati ad un servizio pubblico nazionale.
È chiaro che in tal caso è necessario costruire non solo una rete per il tempo reale a livello
nazionale, ma un vero e proprio servizio nazionale dotato di attrezzatura, personale e competenze.
Dal punto di vista tecnico è improbabile (perlomeno nella situazione della sola costellazione GPS
del 2008) che si arrivi con sole 20 stazioni su tutta Italia, al fissaggio delle ambiguità di fase su tutta
la rete nazionale. Tale risultato non è ciò che si richiede e neppure ciò che si desidera, anche per
non entrare in concorrenza con i vari servizi nazionali.
Ciò che invece è molto probabile è, anche senza fissaggio, un miglioramento della precisione del
posizionamento in tempo reale dell’utenza. Tale miglioramento, pur non portando al calcolo
centimetrico della posizione riteniamo possa essere idoneo nella maggior parte dei casi utili
all’infomobilità. Come conseguenza importante si avrebbe l’unificazione automatica dei vari
sistemi di riferimento anche per gli scopi previsti dal posizionamento in tempo reale.
Il Politecnico di Torino sta in questi giorni sperimentando le precisioni ottenibili per questi scopi
con una rete di stazioni permanenti molto rada, costituita da sole cinque stazioni ad elevata
interdistanza. La sperimentazione è eseguita con due software di rete commerciali ed i risultati sono
ancora in fase di controllo.
3.1. Cosa potrebbe fare una rete nazionale e cosa le reti regionali ancora non fanno
completamente
Come si evince dalla bibliografia ragionata, vi sono ancora delle zone d’ombra in cui le reti
regionali non sono ancora in grado di intervenire. D’altra parte alcune delle proposte che seguiranno
hanno senso solo a livello nazionale e per scopi di infomobilità.
Una caratteristica critica agli scopi di infomobilità è l’affidabilità del posizionamento. Ciò è
descritto in tutta la bibliografia che tenta di affrontare il “real time monitoring” del segnale GNSS.
Se si vuole controllare un solo ricevitore usualmente si affianca a tale ricevitore un secondo sensore
e si confrontano, ad esempio con un posizionamento in tempo reale, i dati provenienti da entrambi.
Il problema è più serio e più complesso se si vuole controllare un’intera rete. Ciò che serve
all’utente, non è solo capire se la rete sta funzionando correttamente, ma se le coordinate che il suo
ricevitore calcola sono più o meno affidabili. Premesso che il risultato finale dipende ovviamente da
come il ricevitore rover calcola l posizione, e su ciò non si può intervenire in nessun modo, ciò che
può garantire la rete è che la correzione che l’utenza sta ricevendo è idonea a calcolare una
posizione in tempo reale con un certo livello di accuratezza. Inoltre è possibile certificare che i dati
inviati dalla rete sono completamente integri.
Il servizio SBAS di EGNOS prevede ad esempio un controllo di integrità.
Un’altra opzione prevedibile è la modalità di diffusione di correzioni nazionali. Se rimane ancora
sensata l’opzione di internet, può avere senso in alcuni casi la diffusione delle correzioni sia in
sottoportanti radio, sia per via satellitare.
162
In entrambi i casi occorre studiare la modalità di trasmissione di rete della correzione. Il mezzo
trasmissivo infatti è tipicamente “ad una via” e ciò non è percorribile con gli standard più diffusi di
correzione a livello regionale.
Ciò è possibile, in parte, con l’uso della correzione con formato FKP. L’alternativa è l’utilizzo di un
formato SBAS compatibile con EGNOS. Tali correzioni sono già attualmente leggibili dalla
maggior parte dei ricevitori mass-market. Il problema è che i software di rete per il tempo reale non
sono ancora in grado, dopo il calcolo dei vari bias, di convertirli e trasmetterli con tale formato.
Con ciò si raggiungerebbe probabilmente un livello di precisione dell’ordine di cinque volte
migliore di quello attualmente raggiunto da EGNOS.
Se fossero disponibili gli errori sistematici calcolati dalla rete in tempo reale, sarebbe teoricamente
possibile e percorribile ciò che viene denominato “PPP” (Precise Point Positioning) anche in
modalità cinematica, con l’utilizzo delle correzioni di rete.
Un’altra possibilità non offerta dalle reti è il posizionamento DGPS inverso. Tale possibilità non è
inserita sia per la bassa precisione (ma utile in ogni caso per l’infomobilità) sia per l’esigua richiesta
che avrebbe. Tale poco rilevante richiesta, in termini di mercato, può invece essere rilevante in
termini di utenza privilegiata. Tale posizionamento è in genere discontinuo e su richiesta, ma fatto
in condizioni di emergenza. L’uso di tale posizionamento può essere utile, come accennato, per il
soccorso alpino, per emergenze stradali, in zone dove non si disponga di un collegamento internet
ma di semplici collegamenti radio VHF. Più in generale conviene fare ciò in tre casi: quando il
carico trasmissivo della correzione differenziale è troppo elevato per il mezzo, che può essere così
un semplice modem duale: voce/dati. Quando non occorre un posizionamento ogni secondo, ma ci
si accontenta di un rate minore, ed infine quando il ricevitore rover non ha capacità di applicazione
delle correzioni di rete (è il caso ad esempio di GPS integrati in telefonini).
Quale che sia la tipologia di applicazione, anche di bassa precisione, è sempre opportuno che il
gestore del servizio o anche l’utente disponga di informazioni sull’integrità del dato.
In questo caso è l’utente che invia i dati grezzi (basta un’epoca) al centro di calcolo. A sua volta il
centro di calcolo esegue il posizionamento, corregge la posizione in funzione dei bias calcolati dalla
rete ed infine ritrasmette la posizione all’utenza fornendo anche un livello di affidabilità.
3.2 Con l’ammodernamento del sistema i nuovi ricevitori non avranno più bisogno delle reti (regionali
o nazionali)?
Come già detto, purtroppo ancor oggi la rete EGNOS è poco sfruttata, sia per lo scarso contributo in
precisione, dovuto alla grande interdistanza tra le stazioni permanenti a terra, sia per i satelliti
geostazionari che usa, poco visibili alle nostre latitudini. Con una rete nazionale, molto più fitta
delle stazioni europee e già predisposta alla diffusione dei dati, entrambi i problemi sarebbero
superati. Ciò assumerebbe maggiore importanza nell’ottica dell’ammodernamento delle
costellazioni GPS e Glonass e delle nuove costellazioni Galileo e Compass. Sino ad oggi infatti
aveva poco senso applicare correzioni di rete a ricevitori di solo codice a causa del grande rumore
dei dati di codice. Tale rumore supera, o meglio, è quasi dello stesso ordine di grandezza
dell’“augmentation” che può fornire una rete continentale. Il futuro però è ben diverso: con i nuovi
satelliti sono previsti codici molto più precisi e molto meno rumorosi. A sua volta le case
costruttrici prevedono la costruzione di ricevitori di basso costo che utilizzino detti codici (si veda
ad esempio fra tutte la Ditta U-blox: http://www.u-blox.com/products.html). Mentre sinora le fasce
di precisione erano grossomodo (a seconda dei ricevitori) tre: 5m per il posizionamento stand alone,
1-2m per il posizionamento DGPS e 5cm per il posizionamento RTK, in futuro avrà senso una
precisione submetrica nel caso si utilizzino questi nuovi codici e congiuntamente un
posizionamento di rete.
Anche se i nuovi ricevitori promettono il tracciamento di più costellazioni (3.3) e delle precisioni
sui codici decimetriche, rimane sempre il problema della modellazione dei bias, troposferico e
ionosferico su una vasta area. Tali bias sono di ordine metrico o decametrico e non è possibile
163
raggiungere precisioni decimetriche se prima non sono stati adeguatamente stimati ed applicati.
Inoltre, per garantire la piena inter-operabilità dei sistemi di navigazione occorre che gli stessi
utilizzino un comune sistema di riferimento. Tale sistema è implicitamente trasmesso dalle
effemeridi. Purtroppo così attualmente non avviene, non solo per le tre dimensioni di posizione, ma
anche per la variabile tempo.
Per il trattamento dei dati in post processing il problema non si pone in quanto è risolto attraverso
una trasformazione tra i sistemi di riferimento. Il problema principale rimane l’inter-operabilità in
tempo reale: anche se gli USA, la Russia e l’UE sono interessati a rendere le effemeridi trasmesse
sempre più coerenti con il sistema ITRF, rimangono delle discordanze. Per quanto riguarda la scala
dei tempi è previsto nel messaggio navigazionale delle tre costellazioni di inserire un valore di
ritardo che permetta il collegamento almeno con la scala GPS. In ogni caso la differenza temporale
 tra costellazioni sarà dell’ordine del nanosecondo (10-9s=30 cm) e si recupera al costo di una
osservazione ad un satellite nel point positioning. Queste differenze non sono tali da interessare le
numerosissime applicazioni di bassa precisione.
Un ruolo fondamentale per questi calcoli è giocato dalle reti di stazioni permanenti. Queste stazioni
infatti, se tracciano più di una costellazione, possono rappresentare il modo di unificare i vari
sistemi di riferimento.
I benefici apportati da reti di stazioni permanenti di questo tipo non si limitano alla sola
unificazione del sistema di riferimento, ma sono numerosi e importanti. Citiamo ad esempio la
possibilità di monitorare, quasi in tempo reale, la quantità di vapore precipitabile che, grazie ai
numerosi satelliti tracciabili contemporaneamente fra le tre costellazioni, permetterà una
conoscenza della troposfera molto più accurata. Queste ricadute tuttavia non fanno parte degli scopi
del presente lavoro, ma sono citate in quanto è stata proposta l’istituzione di una rete a carattere
nazionale.
3.3. I futuri ricevitori
Già attualmente sul mercato sono disponibili ricevitori che promettono di tracciare le future
frequenze Galileo, GPS e Glonass. Ad esempio Topcon® dispone del ricevitore NETG3 a 72 canali
“universali” in grado di tracciare le tre costellazioni, Javad® ha annunciato un ricevitore
equivalente di nome GeNiuSS; NovAtel® ha annunciato un ricevitore in grado di tracciare due
frequenze GPS e due Galileo, Septentrio® il ricevitore AsteRx1 in grado di tracciare anch’esso
queste due costellazioni.
Parlare dei futuri ricevitori può apparire allora come parlare delle previsioni del tempo della
settimana appena trascorsa. Così non è non solo perché le costellazioni non sono ancora
ammodernate od in orbita, ma anche perché il mercato proporrà una vasta fascia di ricevitori per
diversi tipi di applicazioni. In ogni caso è utile capire come si muoverà l’industria in questa
direzione.
Occorre a tal fine fare utilizzare almeno quattro grandi categorie: i ricevitori geodetici di alta
precisione, tipicamente usabili per stazioni permanenti, i ricevitori geodetici per applicazioni RTK, i
ricevitori per applicazioni GIS ed infine i ricevitori da includersi in ricevitori telefonici o usabili
sulle autovetture.
È chiaro che i ricevitori più costosi e più precisi saranno in grado di tracciare le tre frequenze GPS,
Glonass e le tre frequenze Compass o Galileo aperte a tutti. Sono già tecnicamente disponibili sul
mercato a costi, tuttavia, tre volte superiori a quelli di un ricevitore GPS geodetico. L’applicazione
ideale è proprio per stazioni permanenti, l’ideale accessorio è un orologio al rubidio e il beneficio
che potrà dare alla comunità intera è l’unificazione dei tre sistemi di riferimento spazio temporali
GNSS. Ovviamente saranno utilizzati ancora all’interno di reti di stazioni permanenti per il
posizionamento in tempo reale.
I ricevitori per scopi RTK, secondo alcuni studiosi e secondo Septentrio® potrebbero essere più
semplici ed economici. Per giustificare questa affermazione vediamo prima di tutto le premesse.
164
I ricevitori potranno essere solo GPS + Galileo. Le tecniche di acquisizione di questi ricevitori a
duplice costellazione (CDMA) sono molto simili e più semplici rispetto ai ricevitori Glonass
(FDMA) e i ricevitori sono molto più economici.
Utilizzando ricevitori a doppia costellazione (CDMA) occorre considerare ancora che i segnali
Galileo sono molto migliori degli attuali segnali GPS ed in parte migliori anche di GPS
ammodernato; ciascun segnale Galileo include un cosiddetto “segnale pilota” che può essere
acquisito indipendentemente. Ciò ha un positivo impatto proprio nelle applicazioni RTK a ragione
del fatto che, in caso di perdita di contatto (cycle slip) la riacquisizione della fase, contrariamente al
GPS, è pressoché immediata.
Gli schemi di modulazione delle fasi rendono i codici più precisi e meno soggetti al multipath.
Per contro le frequenze che dovrebbero tracciare sono quattro, con due frequenze in comune: L1
con E1 e L5 con E5. Ciò comporterebbe aggravi di costo non tanto nei ricevitori, ma principalmente
nella costruzione delle antenne. I nuovi ricevitori non dovrebbero far uso di schemi indiretti i
tracciamento della portante L2 (codeless o semicodeless).
La soluzione, secondo gli autori citati, sarebbe quella di utilizzare le sole due frequenze comuni
GPS e Galileo. Vi sono altre motivazioni a favore.
Tali frequenze, non le altre, sono infatti riservate all’Aeronautica (ARNS Aeronautical Radio
Navigation Service) e quindi protette sia per scopi aeronautici che civili; queste bande infine hanno
la massima separazione in frequenza e consentono una buona stima della ionosfera all’interno delle
distanze tipiche del posizionamento RTK (che potrebbero essere aumentate a una ventina di km).
Le antenne in questo caso sarebbero molto semplici da costruire.
Questa strada, seguita da Septentrio, è già stata adottata anche da NovAtel con il ricevitore 15-a.
Un vantaggio non trascurabile di questi ricevitori a doppia costellazione rispetto alle attuali due
frequenze GPS, è la possibilità di tracciare contemporaneamente un alto numero di satelliti,
particolarmente utile in città o in zone boscose, dove i codici Galileo promettono una resa migliore.
Vi sono ragioni per cui i ricevitori di fascia elevata sono già oggi disponibili sul mercato, mentre
quelli di fascia minore, salvo due eccezioni, non sono presenti. La prima è questi ricevitori di alta
precisione hanno costi che compensano l’alta tecnologia e il basso numero di esemplari prodotti, la
seconda è nella tecnica di costruzione dotata di processori FPGA (Field Programmable Gate Array).
Per spiegare il vantaggio in modo poco corretto ma abbastanza chiaro, questa tecnica permette di
costruire ricevitori il cui firmware è completamente programmabile attraverso opportuno software.
Ciò consente di costruire ricevitori dotati di “generic / universal channel”, cioè di canali in grado di
tracciare un generico segnale di una generica costellazione, quindi già pronto in teoria, a tracciare
segnali non ancora disponibili.
Ad esempio, il ricevitore NovAtel 15-a dispone di 16 canali in tutto, ma questi canali possono
essere utilizzati, a seconda del desiderio dell’utente, in cinque configurazioni diverse. Nella
configurazione numero 4 ad esempio si prevedono 6 canali GPS L1, cinque per Galileo L1 e cinque
per Galileo E5a.
Le ragioni numeriche per le quali i più probabili ricevitori RTK saranno probabilmente 2+2
frequenze derivano dal calcolo, all’interno delle 24 ore di ciò che si definisce il “success rate”, cioè
la probabilità della determinazione corretta delle ambiguità di fase ad una certa epoca.
165
Figura 4a: in rosso il success rate per ricevitori Galileo a
tre frequenze, in verde il numero di satelliti
Figura 4b: in rosso il success rate per ricevitori
2GPS+2Galileo, (2-IGG) in verde il numero totale di
satelliti
Riportiamo nelle figure solo il caso di utilizzo delle tre frequenze Galileo (3-GAL), il caso di
utilizzo delle tre frequenze GPS è molto simile ed anzi leggermente più scadente, mentre il risultato
di utilizzo di tre frequenze GPS e tre Galileo è praticamente identico al risultato 2-IGG. Le
probabilità, ricavate nelle ipotesi che si utilizzi l’algoritmo lambda (integer least squares) per la
ricerca degli interi, sono sempre superiori al 99% e maggiori nel caso 2-IGG che nel caso 3-GAL.
Una novità che non è solo una tendenza, in questo settore, è l’inserimento in questi strumenti per
RTK di accelerometri triassiali e giroscopi che rendono lo strumento un vero e proprio sistema di
navigazione inerziale.
Il beneficio maggiore di questa sinergia si ha quando i due tipi di misura sono strettamente
accoppiati (tightly coupled), intendendo con ciò che l’unità di calcolo deve essere in grado di
trattare, assieme alle accelerazioni e alle velocità angolari non le posizioni spaziali, ma le
osservabili grezze di fase e di codice.
Solo in questo modo è possibile “ricucire” eventuali cycle slips e tener conto in maniera più fine
degli errori sistematici presenti in entrambi i tipi di misura.
Ci sono già tre grandi case costruttrici di ricevitori GNSS che hanno progettato all’interno dei loro
ricevitori sistemi tightly coupled per il posizionamento di precisione, utilizzando e trattando, oggi
solo con i dati GPS, codici, fasi accelerazioni e velocità di rotazione angolare. Si parla
dell’inserimento di accelerometri triassiali addirittura in ricevitori GPS utilizzati abitualmente per
autovetture.
Rimangono da completare le previsioni inerenti i nuovi ricevitori per applicazioni GIS. Molto
probabilmente saranno ricevitori identici o molto simili a quelli RTK, molto meno costosi grazie
solo al fatto di non avere al loro interno grandi capacità di calcolo in grado di ottenere il
posizionamento RTK, ma solo quelle necessarie a lisciare i codici con le fasi od, al più, ricavare il
posizionamento differenziale “float”, con semplici tecniche di misura. Saranno ricevitori in grado di
tracciare entrambe le costellazioni anche per permettere di ricevere un ampio numero di satelliti
anche in condizioni sfavorevoli dovute a numerose ostruzioni, dotati al solito di un ampio schermo
per visualizzare la cartografia esistente ed inserire in mappa le entità rilevate.
La gran parte del mercato dei ricevitori GNSS sarà però costituito da ricevitori in grado di essere
inseriti nei telefoni cellulari o nelle automobili. Allo scopo, anche in Italia, all’Istituto Superiore
Mario Boella (http://www.ismb.it/) si stanno studiando chip di dimensioni adatte ai telefonini, in
grado di costare non più di 5 US$. Per queste applicazioni è privilegiata la costellazione Galileo, a
motivo del fatto che è un sistema civile e che è dotato di un messaggio di integrità sui codici.
Probabilmente si utilizzeranno i codici delle due frequenze più separate.
166
4. BIBLIOGRAFIA RAGIONATA
Abwerzger G., Wasle E., Hoffman-Wellenhof B., Hanley J., Holgado J. A.,J., Claverotte L., Dalmas M., Guard J.,
Fridh M., Gomes P., Lem O., Roberts W., Scarda S. “Location based services – ready for take off?” ION GNSS
2007, pagg. 1894-1902.
Applicazione, risultati e critica: Il lavoro è un’indagine di mercato globale sui LBS, nati nel mercato all’inizio del boom
delle telecomunicazioni, cioè negli anni ’90.
Secondo gli autori vi è una certa crisi nel settore, almeno in Europa. Ciò è dovuto in parte al fatto che le ditte costruttrici di
telefoni cellulari sono restii ad introdurre sensori GPS nei telefoni mass-market, ma solo in quelli di più alto costo. (PDA e
Smartphones) In Europa inoltre non esiste una adeguata norma come negli USA (norma US E911). Le diverse esigenze, il
diverso linguaggio, la diversa legislazione degli stati europei, specie quella relativa alla telefonia mobile, non aiuta il
diffondersi di queste tecniche. Gli operatori non hanno perciò interesse a sviluppare infrastrutture idonee. Gli autori
pensano che il mercato europeo LBS possa subire una ripresa con l’avvento di Galileo, in relazioni alle migliori capacità
della costellazione e dei nuovi ricevitori nel posizionamento indoor e combinando le satellite based positioning con le
network based positioning.
Basnayake C.: “GNSS Messaging scheme for vehicle to vehicle (V2V) and Vehicle to infrastructure (V2I)
communications based precise positioning with low-cost hardware”. ION GNSS 2007, pagg 1346-1446
Tecnologia: Prevede l’uso di strumentazione basso costo in grado di ricevere il segnale di correzione, associata a
strumentazione GNSS sviluppata ad hoc in grado di eseguire un posizionamento RTK relativo tra veicoli o tra veicolo ed
infrastruttura. Allo scopo è necessario comunicare un codice identificativo del veicolo. Per tali scopi è idoneo il formato di
trasmissione delle correzioni RTCM 3.xx
Applicazione, risultati e critica: L’applicazione è il posizionamento di precisione (metrico) tra veicoli in moto o tra il
veicolo ed un’infrastruttura. Non propone l’utilizzo di reti di stazioni permanenti, ma ciò è dovuto all’applicazione
sperimentale eseguita nei lavoratori e nelle piste della General Motors USA. È chiaro che gli aspetti più stringenti in
questo cosao riguardano la comunicazione tra veicolo e veicolo o tra veicolo e il centro di controllo e, d’altro canto,
l’affidabilità del posizionamento. Le zone di inapplicabilità sono quelle comuni al posizionamento di bassa precisione: i
tunnel e l zone oscurate dal segnale GNSS. Le prove sono state eseguite in due scenari stradali diversi: il primo in una pista
aperta ed il secondo su una autostrada. Sono state comparate le posizioni secondo la modalità: single point positioning,
GPD differenziale, Soluzione di fase Float e soluzione di fase fix. In entrambi gli scenari l’uso di strumentazione a basso
costo in DGPS ha permesso un posizionamento relativo migliore di 2m nel 90% dei casi, mentre la strumentazione RTK ha
portato ad un errore relativo migliore di 1m nell’86% dei casi.
Biagi L., Capra A., Castagnetti C., Dubbini M., Unguendoli F.: Agricoltura di precisione: l'aiuto del GPS nella
guida dei veicoli. Atti 11a Conferenza Nazionale ASITA, Torino, 11/2007
Tecnologia: Posizionamento differenziale in tempo reale con ricevitori di classe media e bassa.
Applicazione: Agricoltura di precisione. Il GPS assiste l’operatore nella guida del veicolo, fornendo la traiettoria per
coprire in modo ottimale l’area. La sperimentazione è stata eseguita su ricevitori a basso costo, in modalità di
posizionamento assoluto.
Bonacina C., Vassena G., Gadola M., Morbioli S.: Posizionamento di mezzi in moto ad alta velocità mediante
tecniche GNSS ad alta frequenza: confronto con i sensori utilizzati nei sistemi di acquisizione di bordo In:
Ludovico Biagi, Fernando Sansò Editori. Un libro bianco su i servizi di posizionamento satellitare per l'egovernment. (ISSN 1591-092X.: Geomatics Workbooks (Italy).Capitolo 7.2
Tecnologia: posizionamento RTK al alta frequenza per ottenere in tempo reale traiettorie di veicoli da controllare o da
guidare ad alta velocità.
Applicazione: controllo e guida di veicoli da corsa. Il contributo descrive la procedura utilizzata e i risultati ottenuti
strumentando un’autovettura impiegata nell’automobilismo da competizione.
Brovelli M. A., Grazioli A., Realini E., Sampietro D.,: Qualità dei sistemi di localizzazione individuale in ambito
urbano: alcuni esempi: Atti 11a Conferenza Nazionale ASITA, Torino, 11/2007
Tecnologia: Il sistema integra ricevitori GNSS, telefoni di nuova generazione e un computer centrale che su internet GIS
segue gli spostamenti della persona in tempo reale, comunicando ostacoli e fornendo indicazioni di percorsi tramite un
sintetizzatore vocale.
Applicazione: supporto della mobilità di non vedenti e ipovedenti. L’ambito di interesse è prevalentemente urbano,
situazione nella quale i sistemi di posizionamento potrebbero avere problemi connessi all’occlusione del segnale; sono state
eseguite sperimentazioni con strumenti GNSS di medio e basso livello.
Errico A., Robustelli U., Santamaria R. Navigazione indoor e pseudolite: a che punto siamo? Atti 11a Conferenza
Nazionale ASITA, Torino, 11/2007
Tecnologia: posizionamento GNSS indoor con l’uso di pseudoliti ed apparecchiature GPS . I test e le simulazioni, in
ambiente Matlab, confermano le proprietà di un segnale pseudolite, ma soprattutto hanno evidenziato come l’uso delle
tecniche Direct Sequence Spread Spectrum e Frequency Hopping riducano fortemente gli effetti prodotti dal multipath e dal
167
problema near/far e,in particolare, riducano le interferenze che affliggono il segnale utile, sia l’interferenza che lo stesso
segnale utile provoca sulle altre comunicazioni in corso.
Applicazione: posizionamento indoor.
Fastellini G. Radicioni F.. Schiavoni A. Stoppini A.: Confronto dei parametri cinematici del moto di un veicolo
determinati con metodi satellitari GNSS e con sistema integrato GPS/IMU. Atti della X Conferenza Nazionale
ASITA, Bolzano, Novembre 2006.
Tecnologia: Il veicolo strumentato realizzato per la sperimentazione è dotato di quattro ricevitori GNSS (GPS/GLONASS)
e una piattaforma inerziale integrata con un proprio sistema GPS Omnistar. L’elaborazione dei dati GNSS è stata eseguita
in cinematico OTF in post-processamento.
Applicazione: Sperimentazione di un autoveicolo per rilevamento di strade e catasto stradale, dotato di strumentazione
GNSS e inerziale. Sono state confrontate soluzioni di posizione ottenute in varie configurazioni dai soli ricevitori GNSS e
dalla piattaforma inerziale.
Foy S., Deegan C., Mulvihill C., Fitzgerald C., Markham C., McLoughlin S.: Road sign safety identification
through the use of a mobile survey system The 5th International Symposium on Mobile Mapping Technology
(MMT '07). Padova, Maggio 2007.
Tecnologia: Il lavoro mostra come è più conveniente associare al posizionamento GPS dei sensori IMU MEMS, anche a
basso costo, piuttosto che rilevare la posizione GNSS con una elevata frequenza. Anche se l’applicazione non sfrutta la
tecnologia di posizionamento di rete, le applicazioni che coinvolge sono quelle del rilevamento stradale, che più
convenientemente possono eseguirsi con posizionamenti di rete. il concetto che governa il lavoro è che il posizionamento
GNSS, sia a causa delle ostruzioni he a causa delle basse frequenze del dato deve essere necessariamente integrato con
l’uso di altri sensori, anche di basso costo..
Applicazioni: Il rilevamento stradale di media od alta precisione, a supporto della georeferenziazione di immagini riprese
da un veicolo rilevatore (Mobile mapping System).
Gandolfi S., Gusella L., Milano M.: Precise point positioning: studio sulle accuratezze e precisioni ottenibili:
Bollettino di Geodesia e Scienze affini, n° 4, 2005. pagg. 228-252
Tecnologia: Posizionamento non differenziato dei dati di stazioni permanenti per mezzo del software Gipsy-Oasis e di
modelli molto accurati di biases.
Applicazione: L’autore vede le applicazioni nel calcolo o nella verifica con due o più software indipendenti gli uni dagli
altri delle posizioni ottenute a livello globale delle stazioni permanenti regionali o nazionali. La modellazione dei vari bias,
ottenibili ad esempio da reti regionali o nazionali, apre il campo anche al posizionamento cinematico ad una via.
Mazzone F.: I Sistemi Intelligenti per il Trasporto: Atti della Conferenza Mobilità Informata Roma, 13 Dic 2007
Tecnologia: L’Autore propone ciò che chiama “ITS: Intelligent Transport System come sistema costituito non solo da
sensori di posizionamento, ma da strumentazione informatica e di comunicazione atta alla gestione del traffico. Tale
strumentazione è sia una componente del veicolo, sia tutta la componente della rete di gestione del veicolo e del traffico.
Applicazione: L’autore vede le applicazioni ITS in questi ambiti:
 La gestione del traffico e della mobilità
 Il pagamento automatico
 La gestione del trasporto pubblico
 L’informazione all’utenza
 Il controllo avanzato del veicolo per la sicurezza del trasporto e la navigazione
 La gestione delle flotte e del trasporto merci
 La gestione delle emergenze e degli incidenti
 Infomobilità
Per tutti gli ambiti prevede un impiego via via più diffuso perché in grado di fornire “soluzioni a basso costo” all’attuazione
ed al miglioramento delle politiche di mobilità. L’Autore fa anche un’analisi del mercato italiano che prevede un aumento
annuo del settore attorno al 20%.
Meng X., Dodson A., Moore T., Liu C., Cheng P., Wang Q., Li C. Exploiting Network Real-time kinematic GNSS
positioning for Transport applications : ION GNSS 2007, pagg 135-141.
Tecnologia: posizionamento GPS all’interno di una rete NRTK, in particolare la rete della Gran Bretagna su un veicolo in
movimento. Strumenti utilizzati: un ricevitore GPS basso costo Sirf con connessione Blue tooth, un cellulare per la
trasmissione delle correzioni differenziali dalla rete al ricevitore Sirf, un PDA per memorizzare le posizioni GPS corrette
dal flusso RTCM della Rete GNSS, un ricevitore geodetico per la verifica di precisione dei risultati ottenuti con il ricevitore
Sirf.
Applicazione, risultati e critica: L’applicazione riguarda non soltanto la navigazione stradale di precisione, ma vuole porsi
come scopo il rilevamento “catastale” i basso costo delle strade percorse. In particolare propone l’abbinamento della
strumentazione ad accelerometri per sondare lo stato di degrado della pavimentazione. A causa dell’alta densità del
fogliame sulle strade le soluzioni DGPS corrette dalla rete variano dal 58% al 31% delle epoche. La precisione dei risultati,
controllata con un ricevitore geodetico ha messo in luce un’alta percentuale di risultati di precisione metrica.
168
Montillet J-P., “Achieving the centimeter level of accuracy in Urban canyons using LocataLites” ION GNSS 2007,
pagg 1782-1789
Tecnologia: L’autore propone l’uso di strumentazione denominata LocataLite, formata da almeno tre trasmettitori in banda
2.4 GHz e da più ricevitori. I trasmettitori emettono un segnale di codice simile al codice PRN dei satelliti GPS. Il
posizionamento del ricevitore è simile a quello GPS. I risultati di alta precisione negli ambienti descritti, derivano dall’aver
posizionato opportunamente i trasmettitori in posti noti con alta precisione (per mezzo di misure GPS ad esempio). Il
sistema trasmissivo è in grado di sincronizzarsi con elevata precisione su di un’unica scala temporale.
Applicazione, risultati e critica: Il lavoro non riguarda il posizionamento GNSS di rete, ma è riportato ugualmente perchè è
un’alternativa, valida solo per piccole aree, quando è necessaria l’alta precisione in canyon urbani. Come si sa il
posizionamento GNSS è particolarmente critico in canyon urbani, specie a ridosso di alti edifici. È questo il caso
applicativo che riguarda la posa o la ricerca di tubazioni, condotte elettriche od idriche, reti tecnologiche ecc. Con la
strumentazione descritta, senza far uso di strumentazione topografica tradizionale,si raggiunge la precisione centimetrica
anche in questi casi critici. Si mostrano i risultati ottenuti presso l’Università del South Wales.
Pacifico A., Greco A., Vultaggio M.: RTK-Egnos: prove dinamiche nel golfo di Napoli in navigazione marittima .
Atti 11a Conferenza Nazionale ASITA, Torino, 11/2007
Tecnologia: In fasi critiche della navigazione (operazioni di attracco delle navi, avvicinamenti aeroportuali di velivoli, etc.)
sono richieste prestazioni superiori che non possono essere fornite dal solo GPS. Molti studi sono stati condotti sul sistema
europeo EGNOS in modalità statica, i quali hanno evidenziato le capacità di “Augmentation” del sistema rispetto al GPS.
Qui viene investigato il comportamento di EGNOS in modalità dinamica, usando come campione la soluzione di posizione
di un ricevitore (Rover) GPS differenziale in modalità RTK (Real Time Kinematic).
Applicazione: sperimentazione eseguita sulla nave oceanografica “Universitatis” del CONISMA. L’obiettivo della ricerca è
stato quello di verificare la possibilità d’uso dei ricevitori SBAS per applicazioni dove è richiesta accuratezza submetrica.
Analizzando i dati relativi alle evoluzioni imposte alla nave, EGNOS dimostra di lavorare regolarmente anche durante il
moto non rettilineo uniforme, con accuratezza (scostamento dall’RTK) anche submetrica in modalità dinamica.
Pacifico A., Vultaggio M.: Setup e risultati sperimentali di una stazione Egnos (static mode) nell’Italia meridionale.
In: Ludovico Biagi, Fernando Sansò Editori. Un libro bianco su i servizi di posizionamento satellitare per l'egovernment. (ISSN 1591-092X.: Geomatics Workbooks (Italy).Capitolo 7.1.
Tecnologia: sono stati realizzati e sperimentati due prototipi. I due sistemi attualmente attivi in via sperimentale sono
operanti nell’aeroporto di Linate per il GBAS (attualmente in fase di trasferimento presso l’aeroporto di Catania), e sulla
regione ECAC per il sistema SBAS. Il lavoro ha verificato le potenzialità del sistema SBAS europeo denominato EGNOS
(European Geostationary Navigation Overlay Service). I risultati possono considerarsi omogenei in quanto ottenuti con
programmi standard di riferimento ed utilizzati nei principali centri di ricerca europei.
Applicazione: Supporto alla Navigazione Aerea nelle operazioni di Cat. I e per fornire opportuni servizi di posizionamento.
I sistemi satellitari GNSS infatti, pur assicurando una copertura globale, una buona precisione ed una semplicità d’uso, per
talune applicazioni nel settore della Navigazione Aerea e Marittima hanno necessità di sistemi di potenziamento (noti come
Augumentation Systems.
Radicioni F., Stoppini A., Grohmann F., Tittarelli L. : GPS vehicle tracking and GIS data collection for fire
prevention in forest areas. Proc. of "DGPS Trieste" Meeting, Trieste, marzo 1999. In: Reports on Geodesy, Warsaw
University of Technology, 1999.
Tecnologia: Metodologia DGPS (impiego del solo codice); correzione generata da stazione permanente ubicata a Perugia;
trasmissione della correzione con radio modem via rete ponti radio della Regione Umbria; visualizzazione in tempo reale a
video della posizione dei mezzi nel GIS del Servizio Forestale.
Applicazione: Progetto e realizzazione di un sistema di tracciamento in tempo reale con interfaccia GIS di autoveicoli della
Regione Umbria (Servizio Forestale) impegnati in attività di rilevamento e monitoraggio del patrimonio boschivo e in
servizi di prevenzione e spegnimento incendi.
Radicioni F., Stoppini A.: Applicazioni in post-processamento e in real-time su reti locali di stazioni permanenti
GPS/GNSS. Atti della 9a Conferenza Nazionale delle Associazioni Scientifiche per le Informazioni Territoriali e
Ambientali (ASITA), Catania, novembre 2005.
Tecnologia: Ai fini del catasto strade, cinematico in post-processamento con dati GPS e GLONASS, applicato per la
determinazione dei tracciati di un veicolo strumentato per rilevamento (MMV).
Applicazione: L’articolo descrive come i dati delle reti di stazioni permanenti GPSUMBRIA (Rete regionale GNSS della
Regione Umbria e Università degli Studi di Perugia) e LabTopo (rete coordinata dal Laboratorio di Topografia del DICA)
sono stati utilizzati in diverse applicazioni tra cui, con riferimento al presente sottolotto, il catasto stradale.
Radicioni F., Fastellini G., Schiavoni A., Stoppini A.: “Comparison of kinematic parameters of a moving vehicle
by GNSS measurements and Inertial/GPS navigation system”. The 5th International Symposium on Mobile
Mapping Technology (MMT '07). Padova, Maggio 2007.
Tecnologia: Il veicolo strumentato realizzato per la sperimentazione è dotato di quattro ricevitori GNSS (GPS/GLONASS)
e una piattaforma inerziale integrata con un proprio sistema GPS Omnistar. L’elaborazione dei dati GNSS è stata eseguita
in cinematico OTF in post-processamento.
169
Applicazione: Sperimentazione di un autoveicolo per rilevamento di strade e catasto stradale, dotato di strumentazione
GNSS e inerziale. Sono state confrontate soluzioni di posizione ottenute in varie configurazioni dai soli ricevitori GNSS e
dalla piattaforma inerziale. L’orientamento del veicolo è stato ottenuto dai dati GNSS delle diverse antenne presenti.
Realini E., Reguzzoni M., Tornatore V., Visconti M. G.: Utilizzo di stazioni permanenti per il miglioramento
dell'accuratezza di dispositivi GNSS a basso costo: Atti 11a Conferenza Nazionale ASITA, Torino, 11/2007
Tecnologia: posizionamento differenziale in tempo reale con ricevitori di classe media e bassa. Valutazione
dell’incremento in termini di accuratezza del posizionamento mediante l’applicazione delle correzioni differenziali (DGPS)
distribuite da singole stazioni permanenti (non sono correzioni di rete).
Applicazione: esperimenti di posizionamento cinematico su percorsi noti a priori utilizzando ricevitori GNSS di diversa
classe. Il primo esperimento è stato effettuato disponendo i ricevitori su un carrello che ha percorso il perimetro
rettangolare di un campo da basket di cui erano note le coordinate dei vertici con elevata precisione. Il secondo esperimento
è stato realizzato su un veicolo delle Ferrovie Nord Milano Esercizio.
Zhu Z., Gunawardena S., Uijt M., Van Grass F., “Advanced GPS Performance monitor”, ION GNSS 2007 pagg.
415 423.
Tecnologia: l’Autore propone un sistema, denominato GAEM: GPS anomalous Event Monitor, progettato per sistemi di
augmentation GBAS e SBAS che usa ricevitori GPS per monitorare eventi anomali, sia nel segmento spaziale, sia nella
ionosfera e nella troposfera, sia nei sistemi trasmissivi, producendo rapporti immediatamente comunicati all’utenza. La
ricerca è stata condotta in cooperazione con l’Aviazione Federale USA.
Applicazione, risultati e critica: Il posizionamento di precisione di mezzi in moto, specie di quelli utilizzati nel campo delle
costruzioni, nel movimento terra, in aviazione per decollo ed atterraggio. In tali applicazioni più che l’alta precisione è
necessaria un’elevata affidabilità del risultato. Anche se l’articolo non è completamente centrato sull’utilizzo delle reti di
stazioni permanenti, mette in luce gli aspetti critici di affidabilità legati al posizionamento GNSS per tali applicazioni che
riguardano il trasporto aereo o il machine control.
170
ALLEGATO:
RAPPORTO SU SPERIMENTAZIONI ESEGUITE IN DIVERSE MODALITA’
1
ESPERIMENTI ESEGUITI SUL RICEVITORE MAGELLAN DG14 RTK
Per valutare l’effettiva applicabilità delle correzioni di rete anche in ricevitori a basso costo per
automotive sono state condotte alcune prove, statiche e cinematiche con il ricevitore Magellan
DG14 RTK (in seguito DG14).
Tale ricevitore singola frequenza ha la peculiarità di avere un costo contenuto nella versione OEM
(circa 800€), nonostante ciò è in grado di raggiungere la condizione di ambiguità fissata (fix) o,
alternativamente, una buona precisione delle coordinate in condizioni di ambiguità reale (float). Ci
risulta che attualmente siano pochissimi (solo due) i ricevitori a singola frequenza che abbiano
entrambe queste peculiarità. Il ricevitore permette anche l’invio alla rete di una stringa NMEA e la
possibilità di utilizzare le correzioni differenziali nei formati 2.xx e 3.0, prerogativa che permette
l’utilizzo all’interno di una rete di stazioni permanenti per il tempo reale.
Per questo si è pensato fosse idoneo per scopi automotive in una fascia di precisione superiore ai
ricevitori mass market, tipicamente usati per navigazione, senza per altro richiedere l’uso di più
costosi ricevitori a doppia frequenza.
È chiaro che gli esperimenti eseguiti su questo ricevitore non esauriscono la totalità delle prove che
si possono effettuare con ricevitori di costo anche inferiore, ma forniscono ugualmente indicazioni
su cui riflettere.
2
PROVE STATICHE: CONFRONTO TRA POSIZIONAMENTO DALLA STAZIONE PIÙ VICINA E DALLA
RETE.
Fra i numerosi esperimenti eseguiti a proposito, riportiamo prima le prove eseguite a ricevitore
fermo su un punto di coordinate note (prossimo al laboratorio di Geomatica della II Facoltà del
Politecnico di Torino). In tal modo le prove sono avvenute in continuo per diverse ore. L’antenna
connessa al ricevitore è stata fissata sulla scala antincendio della sede (in figura 1).
Figura 1
Sono interessanti i risultati ottenuti con:
 Correzione proveniente da una singola stazione vicina (quindi non dalla rete), nello specifico
è stata scelta Novara, ubicata a circa 20 km di distanza da Vercelli.
 Correzione differenziale di rete Spider Net, (con la stazione permanente più vicina di
Vercelli spenta).
171

Correzione differenziale delle rete GNSMART di GEO++.
Le correzioni sono state ricevute in internet da un computer che, tramite una porta seriale le inviava
al ricevitore GPS.
Ad un’altra porta del ricevitore è stata collegata ad un’altra seriale per ricevere informazioni sul
tracciamento dei satelliti ed effettuare i salvataggi dei posizionamenti avvenuti.
Per le tre prove di misura eseguite è lecito aspettarsi come qualità di fissaggio, sia epoche con il
campo NMEA assegnato a fix (numero “4” nel messaggio GGA) o a float, (numero “5”) od infine
condizioni in cui la correzione differenziale è in arrivo ma non applicata o non ricevuta per
problemi di trasmissione dati (stand alone: numero “1” nel formato GGA).
I dati di posizione salvati per le tre prove, in formato NMEA, (comprese le precisioni formali delle
coordinate) sono stati trattati per confrontare i risultati con la posizione nota e valutare la precisione
reale rispetto a quella formale.
2.1 Correzione differenziale da Novara
Correzione da Novara
Data inizio prova
28 febbraio 2008
Ora inizio prova
16:21:26
Data fine prova
28 febbraio 2008
Ora fine prova
20:25:15
Durata prova
4 ore 3 min 49 sec
Epoche misurate
14629
La prima prova statica è stata realizzata prendendo la correzione differenziale da una singola
stazione permanente, scegliendo la stazione più vicina al punto di misura: la stazione di Novara,
ubicata a circa 20km di distanza.
Su 14629 epoche il 99.34% è risultato di tipo “float” mentre solo lo 0.66% delle epoche è risultato
di tipo “fix”. Nessuna epoca è risultata “stand alone”.
Nella tabella seguente, sono riportati invece i parametri significativi (media, minimo e massimo)
degli scarti, per le tre coordinate ed in base al fissaggio.
Scarto N [m]
fix
float
-0,016
0,016
-0,020
-0,220
-0,010
1,150
0,005
0,145
Scarto E [m]
fix
float
0,010
0,001
0,000
-0,820
0,020
0,490
0,003
0,147
Scarto H [m]
fix
float
-0,008
0,001
-0,020
-0,270
0,000
0,480
0,007
0,082
media
minimo
massimo
SQM
Dalla stringa NMEA di output del ricevitore DG14, (dal messaggio GST) sono anche riportati i
valori di sqm delle coordinate, nella tabella successiva, sono evidenziati il valor medio, il massimo
ed il minimo per le tre coordinate, suddivisi in base al fissaggio.
Sigma N [m]
fix
float
0,006
0,042
0,006
0,004
0,007
0,955
0,000
0,056
Sigma E [m]
fix
float
0,006
0,072
0,006
0,006
0,007
0,895
0,000
0,065
Sigma H [m]
fix
float
0,010
0,087
0,010
0,008
0,015
1,978
0,001
0,094
media
minimo
massimo
SQM
172
La Fig. 1 rappresenta la dispersione delle coordinate planimetriche, tale andamento presenta una
forma allungata, forse per la presenza dell’ala dell’edifici dell’università che reca ostruzione ed in
parte disturbo al segnale GPS. Si nota facilmente come il numero di punti, distribuiti al fianco
dell’edificio, è in numero inferiore e con una scia più allungata, rispetto ai punti non coperti dall’ala
della Facoltà, dove il segnale GPS giunge più facilmente senza ostacoli.
Figura 1: dispersione planimetrica delle coordinate per tutte le epoche della prova: si nota l’ubicazione dell’ala
dell’università e le coordinate corrette.
Figura 2:sigma planimetrico (da stringa GGA del file log) e HDOP; si notano le due inizializzazioni
In Fig. 2 è riportato il sigma planimetrico e l’HDOP, dati dal messaggio NMEA ($GPGGA) di
output del DG14. Si nota l’andamento asintotico dei valori, tipico di un ricevitore che applica il
173
filtro di Kalman.
Si nota sul grafico il punto denominato “2488” che presenta un valore σ = 1,31m; può sembrare un
punto anomalo, infatti presenta il valore di sigma maggiore di tutto il grafico, è però il primo punto
delle epoche float, dopo una serie di fix. Non ci sono neanche parametri che possono far pensare a
qualche cosa di strano, infatti si hanno HDOP pari a 1,1 ed 8 satelliti captati. Da questo, può
emergere una regola: il fatto che dopo la perdita di ambiguità, cioè quando si passa da qualità di
fissaggio fix a float, possano esserci un po’ di epoche da non considerare, per ritornare ad una
situazione di normalità. Nella prova, dopo 13 epoche si ritorna ad avere valori di sqm inferiori a 60
cm.
Lo scarto planimetrico, differenza tra la posizione in tempo reale e la posizione vera, è visibile in
Fig. 3. Dopo un periodo iniziale di circa 700 epoche, in cui gli scarti sono maggiori di 1m, gli scarti
planimetrici sono inferiori a 20cm. Dall’epoca 2500, dopo un breve periodo di epoche fix, ed una
perdita di inizializzazione, i valori degli scarti sono subito più esigui dei precedenti (inferiori a
50cm). Occorre tener presente che è già un successo ottenere precisioni di tale genere con
correzioni differenziali provenienti da una distanza di 20 km. Il lungo periodo di stabilizzazione dei
valori delle coordinate dipende principalmente dalla distanza tra il ricevitore (Vercelli) e la stazione
permanente (Novara). Si nota che anche le posizioni float sono molto precise, con scarti
planimetrici minori di 10cm. Ciò è maggiormente visibile in Fig. 4, che rappresenta uno zoom della
Fig. 3. Sono state evidenziate inoltre, le poche epoche fix che producono degli scarti molti piccoli,
minori di 2,5cm. Similmente ai grafici degli sqm, si può notare che anche gli scarti diminuiscono
nel tempo. Anche questo risultato è l’effetto dell’applicazione del filtro di Kalman all’interno del
motore di calcolo del ricevitore.
Figura 3: scarto planimetrico, visto come differenza tra posizione salvata dal DG14 e coordinate corrette. Si
notano gli andamenti con tendenza degli scarti al valore vero
174
Epoche fix, con scarto inferiore a 2,5cm
Figura 4: zoom del andamento dello scarto
2.2 Uso della correzione di rete
La seconda prova è relativa all’uso della correzione differenziale proveniente dalle rete Spider Net
in modalità i-max, da cui è stata esclusa la vicina stazione di Vercelli. La scelta di staccare, per
questa prova, la stazione permanente di Vercelli, è dovuta all’estrema vicinanza della stazione al
campo di prova: lasciandola in rete il risultato equivale ad inviare la correzione da singola stazione.
Correzione di rete Spider Net senza Vercelli
Data inizio prova
29 febbraio 2008
Ora inizio prova
14:15:06
Data fine prova
01 marzo 2008
Ora fine prova
11:05:55
Durata prova
20 ore 50 min
Epoche misurate
15000
Con il termine i–max ovvero, Individualized Master – Auxiliary, non si intende esattamente la più
nota specie di modalità di posizionamento VRS (Virtual Reference Station). A differenza della
modalità VRS, il ricevitore vede la correzione di rete come proveniente da una stazione reale (in
genere la più vicina) ma con dati di correzione diversi da quelli che il ricevitore genererebbe se non
fosse in rete.
Non entriamo nei dettagli di questa modalità di generazione della correzione, ma quanto detto è
essenziale per criticare i risultati ottenuti.
Di seguito è riportata la tabella in cui è possibile notare la qualità del fissaggio, ovvero il numero
delle epoche fix o float ottenute, che entrano nelle statistiche e delle considerazioni sulla prova
stessa.
175
float:
fix:
Stand Alone:
Di tipo “6”
Tot epoche:
Qualità fissaggio
14646
135
218
1
15000
97,64%
0,90%
1,45%
0,01%
100,00%
Riportiamo infine i parametri significativi (media, minimo e massimo) degli scarti in base al tipo di
fissaggio, gli scarti sono visti come differenza tra il valore di posizione dell’epoca ed il valore noto
del punto di misura.
scarto N [m]
fix
float
0,010
0,015
0,000
-2,280
0,030
7,760
0,006
0,217
Scarto E [m]
fix
float
-0,002
0,075
-0,010
-1,120
0,010
1,970
0,004
0,245
Scarto H [m]
fix
float
-0,043
-0,046
-0,060
-5,310
-0,020
11,320
0,008
0,572
media
minimo
massimo

Si sono considerate tutte le epoche della prova (fix + float), con HDOP inferiore a 7 e numero di
satelliti maggiore o uguale a 4.
Dal messaggio NMEA di output del DG14 sono anche riportati i valori di sqm (), espressi nella
tabella successiva: si sono evidenziati il valor medio, il massimo ed il minimo per le tre coordinate,
in base al fissaggio.
 N [m]
fix
0,014
0,006
0,020
0,004
 E [m]
float
0,086
0,005
2,304
0,112
fix
0,006
0,005
0,007
0,001
H [m]
float
0,104
0,003
2,147
0,108
fix
0,021
0,007
0,030
0,006
float
0,174
0,008
4,287
0,270
media
minimo
massimo

La Fig. 5 riporta la dispersione delle coordinate planimetriche, suddivise in base al colore dai
periodi float e fix; è riportata inoltre la posizione nota dell’antenna. Si nota che i pochi punti fix,
sono tutti molto prossimi alla posizione nota dell’antenna.
La cosa evidente è che, in media, le dispersioni delle posizioni sono più scadenti di quelle ricavata
dalla stazione permanete più vicina, tuttavia le soluzioni float mantengono sempre una discreta
precisione e non vi sono falsi fissaggi.
La precisione dei punti planimetrici fix è visibile anche in Fig. 6, relativa al sigma planimetrico. Si
notano dal grafico una serie di periodi in cui si hanno valori di  elevati che, dopo un certo numero
di epoche, diventano prossimi allo zero.
È la stessa tendenza che si nota anche in Fig. 7, che riporta invece gli scarti rispetto alla posizione
nota. Anche per gli scarti, si ha un andamento a “onde”, con una serie di periodi che partono da
valori di differenze elevate (superiori al metro), per poi tendere a scarti esigui. La concorde
tendenza di questi grafici porta a presumere che gli sqm forniti dal ricevitore siano indicativi della
reale precisione delle coordinate.
Si possono riassumere infine i seguenti risultati per quanto riguarda gli scarti:
 Tutte le epoche fix della prova, hanno scarti inferiori ai 5cm,
 Il 61% delle epoche float ha scarti inferiori a 10cm,
 Il 75% delle epoche float ha scarti inferiori a 20cm.
176
In questa seconda prova, rispetto a quella con correzione da Novara, le epoche float, dopo il periodo
di fix, non hanno scarti alti e comunque presentano valori molto prossimi alla posizione vera. Tale
caratteristica può essere dovuta al beneficio apportato dalla rete.
Per non appesantire il documento non si riportano i risultati ottenuti in altimetria, in genere sempre
meno precisa della planimetria, ma con conclusioni identiche a quelle già esaminate.
Figura 5: dispersione planimetrica attorno alle coordinate corrette
Figura 6: sigma planimetrico e HDOP, sono visibili una serie di inizializzazioni, con discese graduali verso il
valore vero tipiche del filtro di Kalman
177
Epoche fix
Figura 7: scarto planimetrico
2.3 Posizionamento con i dati della rete GNSMART di Geo++
Analoghe prove sono state condotte con il software GNSMART della Ditta Geo++
I risultati ottenuti da questa prova sono stati più deludenti della precedente, ciò non è dovuto al
software, peraltro molto valido e flessibile, ma alla particolare conformazione della rete che, nel
frattempo, si voleva sperimentare.
La rete in questo caso era formata da sole quattro stazioni permanenti e la modalità di invio dei dati
era la tecnica VRS. In tale modalità viene inviata al ricevitore la correzione che idealmente potrebbe
essere inviabile da una stazione reale in prossimità del ricevitore stesso.
Il basso numero di stazioni permanenti tuttavia, non ha quasi mai permesso il fissaggio di questa
piccola rete all’interno del software GNSMART. Non si è arrivati neppure al fissaggio float della
rete, cosa che avrebbe probabilmente portato a risultati molto più interessanti.
Nonostante ciò le correzioni differenziali erano disponibili e sono state applicate al ricevitore.
Il risultato dell’invio di queste correzioni VRS, anche a rete non fissata, ad un ricevitore a singola
frequenza come il Magellan DG14, ha prodotto un numero superiore (al primo esperimento) di
fissaggi, ma anche un elevato numero di falsi fissaggi, con posizioni distanti di alcuni metri dalla
posizione nota.
Questa esperienza negativa porta però a tre considerazioni, apparentemente ovvie per scopi RTK,
ma non così ovvie per minori precisioni:
 Se si desidera giungere a buoni risultati nel posizionamento, anche per basse precisioni, è
importante lo stato di fissaggio dell’ambiguità nella rete;
 Se si desidera costruire una rete nazionale per il tempo reale e per scopi di infomobilità non
sono sufficienti 4 o 5 stazioni (sia per una Regione che per tutta la Nazione);
 È importante che il software di rete fornisca correzioni specifiche per i ricevitori ai quali
vengono applicate: non è possibile pensare che le correzioni da inviare ai ricevitori di solo
codice siano le stesse (tranne alcuni campi) inviate ai ricevitori a singola frequenza e le
stesse inviate a ricevitori a doppia frequenza.
178
3
PROVE CINEMATICHE
Si sono realizzate due prove cinematiche, per testare l’affidabilità del ricevitore DG14 RTK in caso
di navigazione in ambiente urbano, dove si ha la probabilità di incontrare molti ostacoli (edifici o
alberi lungo i viali), che possono recare disturbo al segnale GPS. Per questo nella realizzazione di
queste prove, è lecito attendersi la presenza di molti punti con ambiguità di tipo float o
posizionamenti Stand Alone e di pochi punti ad ambiguità fissata ad intero, più probabili in luoghi
aperti lontano da case o alberi.
Con un’automobile si è compiuto un percorso in Vercelli, visibile in figura 8. In tale immagine è
segnata sia l’ubicazione del Politecnico, che è anche stato il punto di inizio prova (dove è avvenuta
la prima inizializzazione) e sia la pizzeria, dove è avvenuta una seconda pausa e l’inversione di
marcia. Nella mappa è evidenziata la traiettoria: i punti rosa rappresentano il percorso d’andata,
mentre quelli blu il ritorno. Entrambi i percorsi hanno lunghezza di circa 3 km.
Politecnico
Inizio prova
Pizzeria
Pausa ed inizio
percorso di
ritorno
Ritorno
Andata
Città di Vercelli
Figura 8: mappa di Vercelli e percorso effettuato nelle due prove cinematiche.
Essendo il ricevitore un mono frequenza, per compiere l’inizializzazione, è necessario stare fermi
qualche minuto (sia per il post processo che per il tempo reale).
I dati grezzi registrati da un secondo ricevitore a doppia frequenza sono stati poi usati come
riferimento, ovvero come traiettoria più prossima a quella reale, con cui sono stati poi confrontati i
dati in tempo reale.
Le prove sono state due: per la realizzazione della prima prova si è adoperato il solo ricevitore
DG14 in modalità RTK. L’uso di due distinte porte seriali ha permesso anche il salvataggio dei dati
grezzi su un computer per il successivo trattamento.
Nella seconda prova cinematica si è utilizzato anche un ricevitore geodetico, connesso alla stessa
antenna del DG14 per mezzo di uno splitter. (figura 10).
179
Figura 9: Antenna LEICA ubicata sul tettuccio della macchina e fissata attraverso un ancoraggio magnetico
Ricevitore DG14
Splitter d’antenna
Palmare Toshiba
Ricevitore LEICA 1230
Figura 10: Strumenti utilizzati nella seconda prova cinematica
3.1 Risultati della prima prova
In questa prova eseguita nella mattinata del 22 febbraio 2008, vengono acquisiti sia i dati in tempo
reale, in formato NMEA che codici, fasi, e misure doppler in L1 utili per il post trattamento,
avvenuto con un programma commerciale. Le correzioni differenziali tuttavia erano quelle della
vicina stazione permanente di Vercelli. In queste prove si è considerato che un valore di scarto o di
sqm di 80 cm in planimetria sia compatibile con le precisioni fornite dalla casa per il ricevitore ed
ancora compatibile con molti scopi “automotive” di precisione.
Prima prova cinematica
Data
22 febbraio 2008
Ora inizio prova
10:17:23
Ora fine prova
10:39:10
Durata prova
21 min 49 sec
Epoche misurate
1309
Il seguente diagramma a torta è relativo alla qualità del fissaggio realizzato in tempo reale nel
ricevitore DG14. È subito possibile notare la maggioranza di epoche float ma anche una buona
percentuale di fissaggi. Come era logico attendersi ci sono anche delle epoche Stand Alone dovute
180
al fatto che, in una percorso urbano ci possono essere zone in cui non si riesce a ricevere le
correzioni, per problemi di comunicazione.
Con il codice “0” (zero) si indicano le epoche in cui non è stato eseguito alcun posizionamento.
Nelle tabelle seguenti si riportano le medie degli sqm delle misure planimetriche e altimetriche nei
casi fix, float e Stand Alone, sia per le misure in tempo reale (RTK) del DG 14 che per il calcolo
avvenuto in post trattamento.
DG 14 tempo reale
tutte le epoche
1,659 media σ N
1,782 media σ E
1,962 media σ H
fix
0,014 media σ N
0,014 media σ E
0,021 media σ H
float
0,775 media σ N
0,747 media σ E
1,208 media σ H
STAND ALONE
4,638 media σ N
5,106 media σ E
5,012 media σ H
DG 14 post processo
tutte le epoche
0,780 media σ N
1,561 media σ E
1,748 media σ H
Ci concentreremo per semplicità sulle misure planimetriche ed in particolare sui casi etichettati fix o
float per i dati in tempo reale.
E’ stato calcolato il  planimetrico propagando la varianza delle due componenti, presenti nel
messaggio NMEA “GGA”. È stato conteggiato il numero delle epoche in cui è inferiore di 80 cm
sul totale delle epoche che abbiano codice di fissaggio fix o float (938 epoche).
355 epoche
302 epoche
281 epoche
Rispetto alla somma delle epoche fix + float
σ plan. < 80cm se fix
σ plan. < 80cm se float
σ plan. > 80cm se float
37,8%
32,2%
30.0%
Nella figura 11 è visibile il percorso effettuato nella prova cinematica. Il colore del singolo punto
181
della “traiettoria” indica la qualità del fissaggio. Si nota come ci siano molte epoche Stand Alone
(punti in blu), nel tratto di percorso in città, dove il ricevitore non riusciva ad applicare la
correzione, oppure non gli giungeva alcun segnale (GPS o di correzione) per la presenza degli alberi
lungo i viali o degli edifici o per problemi di comunicazione telefonica oppure, semplicemente, per
la cattiva interpretazione del segnale di correzione all’interno del ricevitore.
Non meravigli che si parli anche di mancanza di ricezione dei satelliti. La cosa più ovvia in questo
caso è: “nessun posizionamento”, ma non “posizionamento stand alone”. In realtà, alcuni ricevitori,
applicando il filtro di Kalman alle misure ed alla traiettoria percorsa, forniscono per qualche
secondo la posizione anche dopo la perdita dei segnali GPS.
Nella parte di percorso esterno all’abitato di Vercelli, ci sono le uniche epoche fix (croci verdi),
proprio per il fatto che la strada è localizzata in campagna e quindi senza ostacoli che possono
oscurare il segnale GPS.
Tratto in città
Tratto in campagna,
fuori dall’abitato di Vercelli
Figura 11: percorso prova del 22 febbraio, dati tempo reale
182
Punto 1
Punto 2
Figura 12: percorso prova del 22 febbraio, dati post processo
Nella figura 12 sono tracciate la traiettoria ricavata dall’analisi dei dati in tempo reale RTK del
DG14 (croci blu) ed assieme la traiettoria ricavata dal post processo dei dati grezzi del DG14
(quadratini rossi). Per il tracciamento della traiettoria del tempo reale si sono considerate solo le
epoche fix e float, tralasciando le epoche Stand Alone. Si evidenziano sul grafico due tratti di
percorso in cui le misure in tempo reale, pur essendo di tipo float, sono più precise rispetto a quelle
del post processing. Ciò è visibile in maniera non rigorosa ma certamente ugualmente indicativa: il
percorso RTK sembra seguire la traiettoria, mentre il post processo si “allontana” in modo anomalo
dal percorso.
Figura 13
183
Dallo zoom della zona del grafico, si nota facilmente come in alcuni punti le coordinate ricavate dal
post processing delle misure DG14 contengono errori sistematici rispetto a quelle ricavate in tempo
reale. Anche analizzando, per questi punti, i dati come HDOP o il numero satelliti, non compare
niente di anomalo.
Invece, nel punto 1 riportato in fig. 12, si ha una dispersione delle posizioni planimetriche, sia per il
post processo che per il tempo reale; per queste epoche fuori traiettoria si hanno valori di HDOP
superiori a 3 e numero di satelliti pari a 4, per cui, in questo caso, è possibile escludere a priori
questi dati.
Le seguente tabella riporta i parametri significativi di questo confronto, ovvero le differenze di
posizione tra le coordinate ricavate in tempo reale ed quelle ricavate dal post processo dei dati del
DG14.
Confronto tra PPK ed RTK (ppk-rtk)
delta E [m]
delta N [m]
delta h [m]
delta planimetrico [m]
0,14
45,71
-10,88
0,50
21,63
-8,98
0,60
32,73
-59,71
1,52
50,57
0,01
Media
Max
Min
2,25
1,85
5,26
2,54

Considerando solo le epoche fix e float, si nota una diminuzione del valore massimo degli scarti.
Confronto tra PPK ed RTK per le sole epoche fix o float
delta E [m]
delta N [m]
delta h [m]
delta planimetrico [m]
0,59
32,51
-5,53
0,55
17,87
-7,05
-0,29
32,73
-26,49
1,10
34,64
0,01
Media
Max
Min
1,45
1,43
3,56
1,89

Nella tabella precedente si nota un valore massimo di delta planimetrico, pari a 34,64 metri
(evidenziato in grigio), corrispondente ad un posizione float, ubicato ancora durante la fase
d’inizializzazione della prova, quando ancora si era fermi nel parcheggio del Politecnico (Fig. 21,
punto 2). L’epoca in questione ha HDOP pari a 1,7 e 5 satelliti captati ed però è ubicata in mezzo ad
una serie di posizioni float con valori HDOP maggiori.
Figura 14: delta tra posizioni PPK e RTK: è riportato anche l’andamento del valore HDOP
184
La figura 14 è relativa allo scarto planimetrico, visto come differenza tra la posizione in tempo reale
e quella ottenuta in post processo. Dal grafico si nota che i valori degli scarti sono molto dipendenti
dal valore HDOP. Inoltre, quando HDOP ha un andamento lineare, anche gli scarti hanno piccole
variazioni e andamento quasi lineare mentre, quando il valore di HDOP è altalenante, anche gli
scarti sono molto dispersi.
Da questa considerazione è possibile concludere che il monitoraggio del valore di HDOP è molto
importante nelle misure in tempo reale, in quanto, già a priori, si può sapere che nei casi di valori
limitati e costanti di HDOP, si hanno posizioni affidabili.
In figura 15 si nota l’andamento di , dato dal messaggio NMEA ($GPGGA). I colori evidenziano
le posizioni fix e float. Si nota un periodo di inizializzazione di 100 epoche, dovuto probabilmente
al settaggio dello “smoothing” del ricevitore (di tipo lineare e di durata di 100 secondi).
Nelle epoche successive, la dispersione delle sigma è dovuta al fatto che la prova è di tipo
cinematico. Le epoche fix che hanno un’elevata precisione sono infatti prossime all’asse
orizzontale, con sigma inferiore a 10cm.
In figura 16 è tracciato l’andamento del  planimetrico ottenuto in post trattamento dei dati grezzi.
Sono anche qui distinte le posizioni fix e float.
In questo caso il posizionamento fix ha  planimetrici più elevati rispetto a quelli ottenuti in tempo
reale, mantenendosi però sotto valori di 1 metro. Anche le epoche float, dopo un periodo di
inizializzazione, hanno valori di sigma contenuti, con la maggior parte dei valori inferiori al metro e
mezzo.
Figura 15: prova del 22/2/08, andamento del sigma dato dal gpgga, con differenziazione tra epoche fix e float
185
Figura 16: prova del 22 febbraio, andamento del sigma dato dal post processo
3.2 Seconda prova - 5 marzo
Seconda prova cinematica
Data
05 marzo 2008
Ora inizio prova
15:40:18
Ora fine prova
16:13:31
Durata prova
32 min 48 sec
Epoche misurate
1968
La seconda prova cinematica è stata effettuata seguendo lo stesso percorso della prima, ma questa
volta sono stati impiegati due ricevitori. Oltre al ricevitore singola frequenza DG14 RTK, è stato
collegato alla stessa antenna mediante uno splitter, anche un ricevitore doppia frequenza, di
maggior precisione (Leica 1230).
La traiettoria di riferimento è stata dunque quella calcolata con in dati del ricevitore geodetico ed i
dati della stazione permanente di Vercelli post processati con un software commerciale.
Il seguente diagramma a torta chiarisce la qualità del fissaggio dei dati in tempo reale del DG14.
Si può facilmente notare che in questa prova non ci sono epoche fix, ma solo float e Stand Alone,
oltre ad un’esegua percentuale di epoche di tipo “6 “o “0 “, cioè non esaminabili, che per l’appunto
186
vengono trascurate.
Dalla seguente tabella, in cui si sono calcolati media, valore massimo e minimo degli scarti tra la
posizione (float o Stand Alone) del ricevitore DG14 rispetto alla traiettoria geodetica di riferimento,
emerge il fatto che il ricevitore mono frequenza non è riuscito ad eseguire le correzioni differenziali
in arrivo; infatti, sono più precisi i dati non corretti (stand alone), rispetto a quelli corretti (float).
delta E [m]
Float
Stand alone
-8,7
0,6
344,4
10,5
-212,0
-19,9
41,7
1,4
delta N [m]
Float
Stand alone
-29,2
0,2
39,5
40,3
-307,4
-16,4
46,5
2,9
Media
Max
Min

Basta osservare come la media delle differenze, per entrambe le coordinate (est e nord), ha valore
superiore al metro nelle epoche float; invece, per le epoche in cui la correzione differenziale non è
stata “digerita” dal ricevitore mono frequenza, la media per entrambe le coordinate è decimetrica.
Epoche: 53526 - 53527
Epoca 54410
Inizio tratto di percorso in campagna
Figura 8: percorso dato dal post processo dei due ricevitori,
Dalle considerazioni precedenti, si è deciso di utilizzare questa prova solo per realizzare un
confronto tra i post processi dei due ricevitori, usando lo stesso software commerciale,
considerando come verità il percorso ottenuto dal ricevitore geodetico.
In Fig. 17 sono riportate le due traiettorie dei post processi. Come è visibile dai cerchi riportati sul
grafico, ci sono solo due punti in cui le posizioni del ricevitore mono frequenza discordano dalla
traiettoria di quello geodetico. Inoltre si nota come le epoche del ppk dei dati del DG 14 siano più
fitte e continue rispetto alle posizioni date dal ricevitore geodetico, da cui si può concludere che,
probabilmente, il ricevitore mono frequenza sia meno sensibile agli ostacoli.
Occorre sottolineare che dal punto di inizio denominato “tratto di percorso in campagna”, si ha una
traiettoria continua senza buchi nelle epoche di misura; questo può essere dovuto all’assenza di
ostacoli come edifici o alberi. Difatti, nel resto del percorso, in città, ci sono molte epoche
mancanti, per entrambi i post processi.
187
Nella seguente tabella, si sono riportati i valori di media, massimo e minimo per gli scarti di tutti i
parametri considerati; si nota come la media delle differenze tra i ppk dei due ricevitori abbia valori
contenuti.
delta E [m]
-0,24
4,13
-5,61
0,58
ppk (DG14) - ppk (LEICA 1230)
delta N [m]
delta h [m]
delta planimetrico [m]
-0,13
0,41
1,04
11,69
51,33
12,91
-9,69
-3,72
0,02
1,27
2,88
0,96
Media
Max
Min

L’andamento degli scarti planimetrici è riportato in Fig. 18. In alcuni tratti del percorso non era
possibile eseguire il trattamento per mancanza di dati, causata da ostacoli.
Si notano le zone in cui, invece di avere un andamento lineare, lo scarto presenta una vera e propria
dispersione delle posizioni. Infatti, per questi tratti si ha un valore HDOP anch’esso variabile, con
valore massimo anche pari a 9.
Scegliendo come parametro di soglia HDOP=2, l’errore planimetrico è limitato ed i suoi valori non
sono molto dispersi.
Figura 18: andamento errore planimetrico (differenza ppk DG14 e ppk LEICA) ed andamento di HDOP
Figura 19: sigma dato dal post processo del LEICA e del DG-14
188
Figura 20: scarto planimetrico (azzurro),  planimetrico (rosso) in post processo e loro rapporto (verde).
Nel grafico di fig. 19 si è riportato l’andamento delle  planimetriche, si nota come il ricevitore
doppia frequenza, ha valori di σ per quasi tutta la prova prossimi allo zero. I tratti dove il ricevitore
geodetico ha un parametro di qualità disperso sono i tratti di percorso urbano, in cui anche molte
epoche sono assenti.
Il ricevitore DG14 invece, ha  molto più dispersi, ma, comunque, la maggior parte dei dati è
inferiore a 2,5m.
La fig. 20 riporta l’andamento del  planimetrico del ricevitore DG14 ricavato dal messaggio GST,
il valore degli scarti planimetrici rispetto alla traiettoria di riferimento ed il rapporto fra scarti e
sigma.
Questo rapporto è molto utile per comprendere quando lo scarto assume valore significativo rispetto
al . Visto che quest’ultimo è noto in tempo reale è possibile eliminare a priori misure di posizione
imprecise. A tal fine possiamo individuare due classi di misure:
 Rapporto inferiore a 1: misure accettabili, compatibilmente con valori di sigma limitati ad
una tolleranza prefissata, ad esempio a max=±2m
 Rapporto superiore a 1: misure da scartare in funzione di valori limite di a max .
Si nota come le uniche zone del grafico in cui il rapporto “scarto – sigma” ha valori molto dispersi
sono i tratti di navigazione urbana più problematici.
4 CONCLUSIONI E COMMENTI FINALI
Lo scopo principale di queste prove è stato quello di studiare l’applicabilità per l’automotive di un
ricevitore di fascia superiore a quelli “mass market”, ma ugualmente economico.
Il ricevitore esaminato, rispetto a questa fascia di mercato ha in più la possibilità di arrivare al
fissaggio delle ambiguità, sia in modalità statica che cinematica ed il costo, in versione OEM, è
attorno agli 800€.
Nonostante ciò, alcune conclusioni sono applicabili anche a ricevitori mass-market che, come il
ricevitore DG14, forniscono in output, in genere per mezzo di messaggi NMEA, numerose
informazioni. Alcuni ricevitori mass market infine (ad esempio il SIRF-STAR) permettono sia
l’applicazione delle correzioni differenziali, sia la lettura delle misure grezze dulla prima frequenza
189
e quindi, connessi opportunamente ad una memoria di massa, un successivo post processing.
Per il ricevitore DG14:
Nel passaggio tra stati di fissaggio fix a float occorre non prendere in considerazione la prima epoca
successiva al cambiamento (meglio le prime n epoche) perché possono avere errori grossolani.
Gli errori grossolani diminuiscono sensibilmente filtrando i risultati per mezzo di due parametri: il
numero di satelliti (ad esempio almeno 5) e il valore HDOP (ad esempio inferiore a 2 o 3)
È importante anche la variazione di HDOP: non è consigliabile accettare un dato se tra due epoche
vi è una forte variazione di HDOP.
E’ importante richiedere (dal messaggio NMEA) anche gli sqm formali delle coordinate. Si
suggerisce di non accettare posizioni con valori superiori a 2m.
Ove è possibile (se è utile il post processing) è meglio memorizzare i dati grezzi
Conclusioni generali:
1. Se si desidera giungere a buone precisioni nel posizionamento è importante la conformazione e lo
stato di fissaggio della rete, anche per scopi di bassa precisione;
2. Se si desidera costruire una rete nazionale per il tempo reale e per scopi di infomobilità non sono
sufficienti 4 o 5 stazioni per tutta la Nazione.
3. E’ altrettanto importante il mezzo di trasmissione del dato di rete. Se è possibile occorre preferire
una connessione diretta o seriale rispetto ad una connessione bluetooth.
4. È importante che il software di rete fornisca correzioni specifiche per i ricevitori ai quali vengono
applicate: non è possibile pensare che le correzioni da inviare ai ricevitori di solo codice siano le
stesse (tranne alcuni campi) inviate ai ricevitori a singola frequenza e le stesse inviate a ricevitori a
doppia frequenza.
5. Sia per i ricevitori mass market che per quelli di fascia più elevata è necessario che il software
tenga sotto controllo contemporaneo una serie di parametri, come ad esempio il numero minimo di
satelliti (in vista e corretti), il valore di HDOP, la sua variazione nel tempo e lo sqm formale delle
coordinate
6. Ove è utile il post processing è necessario usare ricevitori (anche mass market) in grado di fornire
i dati grezzi di codice, di fase e doppler. Tali dati potranno essere trattati con i dati rinex di rete
generati in una posizione virtuale opportuna (rinex virtuali).
7. Non bisogna pensare che il sistema GPS, od il GNSS con le future quattro costellazioni sia la
panacea del posizionamento. Rimarranno sempre problemi di ricezione satellitare in certe zone
densamente urbanizzate. Neppure l’abbinamento con i sistemi INS assicura a priori la soluzione
completa del problema, non per motivi teorici, ma per problemi economici.
I sistemi GNSS-INS per questi scopi dovranno necessariamente essere economici, ciò significa
dotati di strumentazione con alti errori sistematici. Tali errori sono mitigabili solo se, in intervalli
relativamente brevi di tempo, si dispone della posizione nota dell’automezzo. In sintesi non è
ancora possibile rimanere “all’oscuro” dal posizionamento GNSS per diversi minuti, se si dispone
di strumentazione di basso costo.
190
SOTTOLOTTO 4
Valutazione tecnica, in termini di analisi costi/benefici, per il riuso delle
reti regionali GNSS per la sorveglianza in tempo reale del territorio e la
prevenzione dei rischi
1. INTRODUZIONE
Lo sviluppo del sottolotto 4, come da proposta si sviluppa in 2 fasi sequenziali che possono essere
così sintetizzate:
a) Definizione del problema e stato dell’arte, ossia la ricerca dei possibili “soggetti” presenti
nel territorio da sorvegliare in tempo reale anche nell’ottica di prevenzione dei rischi, e
ricerca di quali siano attualmente gli strumenti utilizzati per gli scopi di cui sopra.
b) Valutazione tecnica ed analisi in termini di costi/benefici di un possibile riuso di stazioni
permanenti per la sorveglianza del territorio in tempo reale e prevenzione dei rischi.
La prima parte di relazione si pone dunque il problema di individuare quali siano attualmente i
“soggetti” di maggiore interesse che possono essere sorvegliati e comprendere quali siano
attualmente le metodologie adottate per la loro sorveglianza. Tale punto di partenza risulta essere
importante per la seconda fase del lavoro che si occuperà di comprendere quale ruolo potranno
giocare le reti di stazioni permanenti GNSS (per il posizionamento in tempo reale) che da qualche
anno stanno diffondendosi sul territorio italiano.
Nella presentazione della prima parte di relazione si è preferito separare i “soggetti” da sorvegliare
dai metodi utilizzati per la loro sorveglianza (che in alcuni casi possono essere comuni a più
“soggetti”).
Inoltre la sorveglianza del territorio è stata interpretata nella sua forma più estesa come sorveglianza
di porzioni più o meno vaste di territorio, di grandi opere civili o di edifici, ma anche come
sorveglianza dell’atmosfera, visto l’enorme impatto che la meteorologia ha sulla vita quotidiana e
nella capacità di prevenzione di rischi.
2. DEFINIZIONE DEI FENOMENI DA SOTTOPORRE A SORVEGLIANZA
Nel paragrafo in oggetto verranno elencati i soggetti che potenzialmente possono essere importanti
da sorvegliare.
2.1. Opere civili ed edili
2.1.1. Strutture
Con tale termine ci si riferisce alle strutture proprie dell’ingegneria civile e dunque a grandi opere
legate alla realizzazione di infrastrutture di tipo idraulico, viario, etc….
In particolare tra le strutture più di rilievo vi sono:
a) Ponti,
b) Viadotti,
c) Dighe
d) Muri di sostegno
191
Tali strutture sono da considerarsi parte del territorio e parti vitali per la società. L’impatto che
eventuali problemi a tali strutture possono provocare sulla popolazione possono variare da semplici
disagi a catastrofi.
In tale ottica la sorveglianza, soprattutto se avviene in tempo reale, è un aspetto fondamentale anche
nell’ottica della prevenzione verso il problema attuale della cosiddetta SOL (Safety of Life).
Al momento attuale, ad eccezione delle dighe dove esistono, soprattutto per quelle più importanti,
apparati di sorveglianza e monitoraggio molto sofisticati e complessi (fili a piombo rovesci, reti
topografiche misurate con metodologie classiche con total station automatizzate, o livellazioni sulla
sommità della diga ecc..), le altre strutture a meno di casi particolari non prevedono sistemi
automatici di monitoraggio e la loro sorveglianza avviene solo a seguito di evidenti comportamenti
anomali della struttura. Spesso, proprio in quei casi vengono eseguite ispezioni e qualora si
presentino evidenze potenzialmente pericolose si può procedere con controlli (utilizzando
estensimetri, comparatori e metodi topografici tradizionali) e successivi interventi di
consolidamento.
2.1.2. Edifici a rischio
Non solo le grandi strutture di cui al paragrafo precedente presentano l’esigenza di essere
monitorate nel tempo. Molteplici fenomeni naturali (e non) possono rendere importante la
sorveglianza di edifici privati e pubblici che normalmente non vengono monitorati. La utilità di
monitoraggio di singoli edifici si scontra non tanto con difficoltà tecniche o tecnologiche, quanto
con i costi soprattutto di gestione dei sistemi di monitoraggio tradizionali basati su inclinometri e/o
vibrometri.
2.2. Territorio
La sorveglianza del territorio può essere focalizzata o verso porzioni di territorio molto localizzate
(ad esempio frane), o interessare aree più vaste (fenomeni di subsidenza), o addirittura investire
problematiche di natura globale (studio della geodinamica).
In tale contesto si è ritenuto di limitare la ricerca solo al monitoraggio locale e regionale limitandosi
dunque a considerare centrali lo studio delle frane e della subsidenza.
Per quanto attiene la sorveglianza delle frane si devono considerare diversi aspetti, ossia la
sorveglianza della dinamica della frana deve essere intesa nella sua complessità:
a) lo studio dei movimenti,
b) la ricerca di sistemi di allarme in caso di rischio,
c) le problematiche legate alla perimetrazione delle frane
d) la sorveglianza di edifici posti in frana che però rientra nel paragrafo 2.1.2.
La sorveglianza in continuo della dinamica delle frane è avvenuta fino ad ora con l’utilizzo di
inclinometri che forniscono risultati molto importanti anche per quanto attiene la profondità della
zona di scorrimento della frana stessa. Tali strumenti presentano costi relativamente contenuti ma
richiedono sopralluoghi frequenti per l’acquisizione dei dati registrati. Il dato che ne deriva non è
dunque un dato istantaneo ma un dato cumulativo indicante il movimento della frana nell’intervallo
di tempo compreso tra un sopralluogo ed un altro. Tale aspetto risulta essere non molto oneroso
all’atto dell’installazione degli strumenti ma oneroso come costi di gestione. Inoltre tali sistemi non
prevedono la possibilità di innescare meccanismi di allarme per la popolazione.
Sistemi GPS stanno affacciandosi a tale problema ma le esperienze sono ancora di tipo sperimentale
e i sistemi prevedono l’istituzione di stazioni su zone supposte stabili e su frana in modo poter
calcolare movimenti relativi dei punti su frana.
Per quanto attiene la perimetrazione delle frane, importante ai fini dell’individuazione delle zone
192
stabili da quelle interessate dal fenomeno franoso, al momento tali rilievi vengono eseguiti da
geologi che collocano il perimetro all’interno della carta basandosi su metodi spesso approssimativi.
2.3. Protezione del territorio o azioni di prevenzione
Quando si considera la sorveglianza del territorio spesso si trascurano problematiche legate al
transito di materiali potenzialmente pericolosi sul territorio, o ad azioni condotte da terzi al fine di
provocare danni al territorio (incendi di natura dolosa). In questo paragrafo si intende invece
includere tali problematiche nella sorveglianza del territorio. A tal fine si riportano tre esempi dei
molteplici che potrebbero esserci.
2.3.1. Movimentazione carichi pericolosi
La movimentazione di carichi pericolosi costituisce un aspetto potenzialmente critico. In tale
ambito si ritiene dunque che una sorveglianza in tempo reale della posizione del mezzo possa
contribuire alla prevenzione di eventuali rischi garantendo in caso di problemi interventi rapidi e
mirati.
2.3.2. Perimetrazione delle aree incendiate
Nel passato è accaduto spesso che al fine di modificare la destinazione d’uso di un area classificata
come parco naturale (e dunque non edificabile) ad edificabile si ricorresse all’uso dell’incendio di
natura dolosa.
Infatti, a seguito dell’incendio tali porzioni di territorio, non presentando più le caratteristiche di
parco naturale, potevano essere ridestiate ad usi di tipo diverso.
Al fine di arginare tale pratica recentemente è entrata in vigore una legge che blocca per un lungo
periodo di tempo ogni attività su aree incendiate. Ovviamente è importante censire e monitorare la
dimensione di tali incendi anche al fine di quantificare i danni arrecati e eseguire una qualsiasi
opera di riqualificazione.
Attualmente non esistono procedure consolidate per ottenere una perimetratura delle aree incendiate
anche se tali risultati sono ottenibili, a seconda della precisione richiesta o da telerilevamento o da
sistemi di posizionamento satellitare.
2.3.3. Perimetrazioni di aree alluvionate o di aree terremotate
Analogamente al punto precedente per scopi di natura legale e per una corretta pianificazione delle
azioni di intervento risulta importante la perimetrazione di aree alluvionate o terremotate.
Attualmente non esistono procedure consolidate per ottenere una perimetratura delle aree
alluvionate o terremotate anche se tali risultati sono ottenibili, a seconda della precisione richiesta o
da telerilevamento o da sistemi di posizionamento satellitare.
Il problema della perimetratura in realtà ricopre numerose applicazioni che possono comprendere
anche la sorveglianza della movimentazione della fauna etc..
2.3.4. Cantieri
Per quanto attiene i Cantieri, si deve sottolineare che anche in questo caso all’interno di tale ambito
si possono attuare differenti applicazioni alla sorveglianza:
a) Monitoraggio strutture limitrofe a grandi cantieri (per esempio durante la realizzazione di
grandi infrastrutture come le metropolitane)
b) Monitoraggio di movimentazione mezzi e operatori con delimitazione aree rischiose
c) Monitoraggio delle operazioni di scavo e movimentazione terra
Per quanto attiene al punto a) in occasione di grandi cantieri, edifici collocati in prossimità del
193
cantiere possono subire danneggiamenti di differente entità. Qualora si eseguano infatti
perforazioni, tali interventi potrebbero danneggiare la stabilità degli edifici che potrebbe essere utile
monitorare. In tale senso in alcuni casi vengono eseguiti monitoraggi degli edifici o utilizzando
sistemi topografici tradizionali o eseguendo ispezioni accurate (basate anche su acquisizione di
documentazione fotografica) sullo stato di fatto degli edifici prima dell’intervento da utilizzarsi poi
sempre come base di partenza per una valutazione dei danni derivati dal cantiere. Non sono dunque
attualmente previsti sistemi di sorveglianza in tempo reale.
Lo stesso problema si presenta nel caso di perforazioni per l’individuazione di riserve di
idrocarburi. Leggi regionali impongono il controllo degli edifici in un’intorno ben definito del
pozzo di perforazione.
Per quanto attiene il punto b) la sorveglianza del cantiere deve essere intesa come possibilità di
individuare zone a rischio delimitate da poligoni entro le quale chi opera possa operare seguendo
opportune procedure di sicurezza. In particolare ci le zone a rischio possono essere le aree
circostanti ad alcuni macchinari (gru, scavatori etc..) o anche invasi e pozzi, che potenzialmente
generano situazioni a forte rischio per chi opera all’interno del cantiere.
Attualmente non è noto nessun sistema di sorveglianza consolidato in tale applicazione
Per quanto attiene il punto c), la sorveglianza del cantiere può essere intesa a fini legali per un
controllo sull’avanzamento dei lavori e per un computo dell’attività svolta, in caso di controversie.
Attualmente non è noto nessun sistema di sorveglianza consolidato in tale applicazione
2.4. Meteorologia
Per concludere l’elenco delle problematiche legate alla sorveglianza del territorio vi è l’atmosfera.
Le proprietà fisiche dell’atmosfera, nelle sue evoluzioni temporali, vengono descritte dalla
meteorologia per le evoluzioni ad alta frequenza e dalla climatologia per quella a bassa frequenza.
Le previsioni meteorologiche costituiscono un settore di grande interesse che possono giocare ruoli
di primo piano nella prevenzione dei problemi legati a rischi di natura idrogeologica e nella
protezione civile, sono frequenti infatti gli appelli in ambito nazionale da parte della protezione
civile che, a seguito di previsioni meteorologiche avverse, invita la popolazione ad adottare misure
precauzionali di varia natura.
Tale scienza, per la sua importanza, deve caratterizzare in modo corretto le caratteristiche fisiche
dell’atmosfera e le sue evoluzioni spazio temporali. In particolare è la bassa atmosfera quella
responsabile delle perturbazioni meteorologiche, e la presenza di perturbazioni nuvolosa risulta
essere caratterizzata da una densità di molecole d’acqua molto elevata. Attualmente per gli studi di
questa natura si utilizzano informazioni da satelliti (Meteo-sat etc..), radiosonde e palloni sonda. In
passato erano utilizzate le radiosonde (Radio Observation Ballon, RAOB), ma più recentemente
sono utilizzati anche radiometri a terra (Water Vapor Radiometer, WVR). Tuttavia queste tecniche
non possono essere impiegate in modo diffuso sul territorio, né con una troppo elevata frequenza
temporale. Tali strumenti infatti hanno notevoli limiti e costi elevati (qualche centinaio di Euro ogni
RAOB, qualche centinaia di migliaia un WVR). La loro accuratezza degrada in presenza di pioggia
e sono quindi di scarsa utilità per la previsione in corso di evento. Inoltre la loro risoluzione
spaziale e temporale è scarsa; ad esempio in Italia i RAOB vengono lanciati in genere ogni 6 ore da
sole 6 basi, e non esiste una rete permanenti di WVR. La distribuzione del vapore acqueo
nell’atmosfera invece è fortemente variabile, sia nello spazio che nel tempo.
194
3. STATO DELL’ARTE SUI METODI ATTUALMENTE IMPIEGATI PER LA
SORVEGLIANZA
I metodi che si utilizzano per la sorveglianza delle strutture, degli edifici, del territorio ecc.. sono
attualmente basati o sull’uso di sensori a terra o sull’uso di dati provenienti da satelliti artificiali o
sonde (specialmente nell’ambito dello studio delle previsioni meteorologiche.
3.1. Sensori
Accelerometri
Sono strumenti per la misurazione dell’accelerazione di un corpo.
Vibrometri
Sono strumenti per la misurazione dello spostamento, o della velocità, di un elemento vibrante.
Tiltmetri o Inclinometri
Il clinometro (o tiltmetro) è lo strumento per la misura dell'inclinazione di un corpo.
Estensimetri
L'estensimetro è un particolare tipo di sensore utilizzato per rilevare le deformazioni fisiche di un
corpo sottoposto a sollecitazioni meccaniche.
3.2. Synthetic Aperture Radar
E’ un sistema che consente di rilevare variazioni del territorio sulla base di un approccio
interferometrico tra due immagini radar ottenute in momenti differenti della stessa area.
3.3. Strumenti topografici classici (livelli e stazioni totali)
Sono i ben noti strumenti che consentono il rilievo di alcune grandezze (angoli azimutali, zenitali,
distanze inclinate e dislivelli) con grande precisione. Attualmente esistono strumentazioni
robotizzate che consentono rilievi cadenzati automatici con trasferimento del dato acquisito presso
opportuni centri di controllo.
3.4. Radiometri
Un radiometro è un dispositivo utilizzato per misurare il flusso della radiazione elettromagnetica.
Sebbene il termine sia spesso usato per dispositivi che misurano la radiazione infrarossa, si può
usare per ogni rilevatore che operi ad ogni lunghezza d'onda dello spettro elettromagnetico; un
dispositivo che misuri una specifica banda dello spettro è detto spettroradiometro.
195
4. ANALISI DI UN POSSIBILE RIUSO DELLE RETI DI STAZIONI PERMANENTI PER
SCOPI DI SORVEGLIANZA E MONITORAGGIO DEL TERRITORIO
Nel capitolo in oggetto ci si pone il problema di eseguire una valutazione tecnica ed analisi in
termini di costi benefici di un possibile riuso di stazioni permanenti per la sorveglianza del territorio
in tempo reale e prevenzione dei rischi.
Dall’indagine condotta e riportata nei paragrafi 2 e 3 emerge un quadro di sostanziale assenza
sistematica di monitoraggio o sorveglianza del territorio e delle strutture. Esistono metodi di
monitoraggio ma è raro trovare nel territorio apparati di sorveglianza se non in aree particolari.
Spesso la sorveglianza ed il monitoraggio è più oggetto di studio da parte di enti di ricerca e in casi
meno frequenti è finanziato, gestito e realizzato da Pubbliche Autorità (Enti locali, Protezione
Civile, etc..).
Non esistono infatti normative che impongono il monitoraggio delle aree e, almeno in Italia, le
scarse risorse economiche accoppiate ad una scarsa sensibilità in tema di prevenzione, portano le
istituzioni a realizzare apparati di monitoraggio e sorveglianza del territorio (e di strutture) solo
dopo il realizzarsi di eventi catastrofici. L’unica infrastruttura di monitoraggio istituzionalmente
finanziata e con finalità di protezione della popolazione e sorveglianza del territorio è la rete
sismica Nazionale gestita dall’Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV).
Per quanto attiene poi il rilievo di natura topografico o geodetico, anche in questo caso solo enti di
ricerca hanno iniziato ad istituire reti GNSS per il monitoraggio del territorio ma a scale che, come
si evidenzierà in dettaglio nel seguito non risultano essere, a parere degli autori, di particolare
interesse per le Pubbliche Amministrazioni.
Quando si parla di reti di stazioni permanenti dobbiamo considerare un panorama complesso che
vede nel territorio italiano reti differenti nate con finalità differenti, con densità differenti e
appartenenti a soggetti pubblici e privati.
Le reti di stazioni permanenti per il posizionamento in tempo reale presentano però tutte la
peculiarità di collocarsi come servizio per il tempo reale e dunque presentano un centro di controllo
che raccoglie dati delle SP e li elabora in tempo reale. Tale aspetto è importante per tutta una parte
di sorveglianza del territorio legata al monitoraggio in tempo reale ed oggetto di questa analisi.
4. 1 Considerazioni Generali
Al fine di comprendere però il senso dei paragrafi successivi, è importante premettere ancora alcune
considerazioni ed idee di base.
Contesto Nazionale e tipologie di infrastrutture geodetiche presenti sul territorio
Le reti di stazioni permanenti per il posizionamento in tempo reale di precisione convivono con
altre reti di stazioni GNSS nate con finalità differenti. Oltre alle infatti esistono reti per il
monitoraggio del territorio quali la rete RING la rete ALPS GPS QUAKENET, reti di stazioni
permanenti per il monitoraggio dei vulcani (l’Etna ed il Vesuvio) e reti per la determinazione dei
sistemi di riferimento IGS (Mondiale), EPN (EUREF – per il sistema di riferimento Europeo) e la
nova Rete Dinamica Nazionale (RDN) calcolata dall’Istituto Geografico Militare per la definizione
del sistema di riferimento nazionale.
Peculiarità delle reti NRTK
La rete di stazioni permanenti per il posizionamento in tempo reale però è una infrastruttura
geodetica capace, mediante elaborazioni di dati in tempo reale o quasi tempo reale, di fornire
correzioni di fase o di codice per il posizionamento di precisione. E’ però opportuno considerare
196
come le reti NRTK siano di fatto una infrastruttura geodetica governata da un centro di raccolta,
elaborazione e diffusione del dato in tempo reale ed il centro di controllo in realtà può effettuare
contemporaneamente molteplici funzioni e dunque fungere anche da centro di monitoraggio.
Un problema non solo tecnologico
Attualmente le tecniche di monitoraggio mediante sistemi GNSS stanno diffondendosi con grande
rapidità, sempre più spesso osserviamo come le tecnologie satellitari contribuiscano in modo
significativo al monitoraggio ed alla sorveglianza del territorio, spesso tali tecniche vengono poi
affiancate o integrate ad altri metodi di monitoraggio o per raggiungere aree dove il sistema GNSS
non può funzionare in modo soddisfacente o laddove il numero di punti da monitorare diventa
cospicuo e dunque dove è economicamente svantaggioso utilizzare tale approccio. Ciononostante
tutte queste tecniche, pur fornendo risultati apprezzabili stentano nella loro diffusione in ambito
civile, e le pubbliche amministrazioni quasi mai adottano in modo sistematico tali metodologie ai
fini della sorveglianza. Le ragioni che portano a questa situazione sono molteplici a partire anche
dalla mancanza di legislazione, regole e certificazione sui sistemi di posizionamento satellitare.
Un ulteriore aspetto inerente questi aspetti è legato essenzialmente al costo degli apparati.
L’impiego di stazioni geodetiche a doppia frequenza per il monitoraggio del territorio risultano
essere, nonostante la continua riduzione dei costi delle strumentazioni, comunque soluzioni non
economiche e che in alcuni casi non a vantaggio delle prestazioni di monitoraggio.
4.1.1. Precisioni delle reti di stazioni permanenti e dei sistemi di posizionamento in tempo
reale.
Per quanto attiene la sorveglianza del territorio, è importante precisare come fenomeni differenti
richiedano precisioni ed accuratezze differenti. I sistemi di navigazione satellitare consentono, a
seconda della strumentazione ed della modalità di utilizzo, di raggiungere precisioni comprese tra i
10/20 metri, per il posizionamento assoluto di codice in tempo reale, a precisioni sub-centimetriche
(e in alcuni casi millimetriche) per lunghe serie temporali di stazioni permanenti.
Tra questi ordini di grandezza è possibile collocare metodi e strumenti capaci di fornire risultati di
precisioni intermedie e dunque in questo paragrafo si ritiene utile considerare le tecniche che più
comunemente vengono utilizzate ed associare ad esse indicazioni sulle precisioni ottenibili.
Precisioni sulla stima delle coordinate di stazioni permanenti
La precisione maggiore nel posizionamento GNSS è scuramente quella attribuibile a stazioni
permanenti. Si tratta dunque di determinare o solo la posizione, o più spesso posizione e velocità, di
stazioni permanenti che acquisiscono dati 24 ore al giorno per 365 giorni l’anno. Ovviamente per
calcoli molto raffinati ci si deve avvalere di tutti quei parametri ancillari calcolati da centri di
calcolo preposti più sofisticati e precisi quali ad esempio le effemeridi precise, variazioni assolute
dei centri di fase delle antenne, e codici di calcolo capaci di poter gestire tali informazioni. In questi
casi infatti il lato negativo, ma non significativo per gli scopi di tali reti è il fatto che tali
elaborazioni devono essere compiute in modalità di post processamento, solo quando sono
disponibili effemeridi precise, ossia circa quindici giorni dopo la misura.
Precisioni sulla stima delle coordinate di punti di monitoraggio
Supponiamo di dover monitorare alcuni punti con modalità GNSS, tale monitoraggio attualmente lo
si esegue utilizzando ricevitori geodetici (L1 o a doppia frequenza) e riferendo la soluzione ad una
stazione esterna all’area di monitoraggio e ritenuta stabile. Tale configurazione induce una
precisione sul posizionamento a livello centimetrico (in tempo reale) che può variare al variare delle
condizioni operative al contorno. I principali parametri che possono migliorare o peggiorare tale
precisione sono sintetizzabili in:
197
a)
b)
c)
d)
e)
ubicazione del punto di monitoraggio
distanza dalla stazione master
strumentazione utilizzata
necessità di un monitoraggio in tempo reale o in post processamento
durata del monitoraggio.
L’ubicazione del punto di monitoraggio può essere un punto che incide sulle precisioni ottenibili
soprattutto se riduce fortemente la visibilità del cielo o induce forti fenomeni di multipath. E’ però
da sottolineare che se per alcune finalità i punti di stazione possono essere scelti in posizioni da
consentire ottime visibilità del cielo, per le finalità di monitoraggio i sensori devono essere posti
laddove è necessario e dunque la possibilità di scelta del sito può essere fortemente limitata.
Per quanto attiene la distanza tra stazione di monitoraggio e stazione di riferimento, è noto dalla
letteratura che se la distanza rimane molto ridotta entro qualche chilometri, allora le precisioni
anche lavorando con ricevitori a singola frequenza (e dunque più economici) risulta essere
soddisfacente. Quando tale distanza incrementa e supera tali distanze allora la qualità del
posizionamento relativo diminuisce e anche l’utilizzo di ricevitori a singola frequenza diviene non
soddisfacente per l’impossibilità di stimare effetti ionosferici che inducono nella stima delle basi
effetti di scala non sempre trascurabili.
Precisioni ottenibili con sistemi NRTK o CORS
I sistemi di posizionamento che utilizzano le reti di stazioni permanenti consentono di ottenere in
tempo reale precisioni centimetriche in accordo con le precisioni del sistema RTK. Ovviamente le
suddette precisioni sono raggiungibili nell’ipotesi di buon funzionamento sia della rete geodetica di
riferimento sia dei sistemi di comunicazione e nell’ipotesi di trovarsi in una posizione favorevole
alla ricezione dei dati GNSS.
Precisioni ottenibili con sistemi DGPS di codice
Anche i sistemi DGPS di codice consentono un miglioramento della precisione che si aggira
nell’intorno del metro. In questo caso la correzione avviene o da una stazione di riferimento, che
può trovarsi anche a grande distanza diecine di chilometri.
Precisioni ottenibili con sistemi di augmentation (WAAS – EGNOS OMNISTAR etc…)
Tali sistemi consentono precisioni paragonabili a quelle DGPS (ed in alcuni casi anche superiori)
anche se in alcuni casi presentano limitazioni dovuti alla non sempre continua ricezione delle
correzioni da parte dei satelliti che le trasmettono.
Di seguito verranno indicate le modalità di monitoraggio più idonee per i soggetti di cui si è parlato
nella prima fase del sottolotto. Per comodità ogni singolo paragrafo accorpa una serie di soggetti
che presentano le stesse problematiche di monito
4.2 Riuso delle stazioni permanenti per la sorveglianza del territorio
4.2.1. Riuso delle reti di stazioni permanenti per il monitoraggio di opere civili ed edili
(Strutture, Edifici a rischio) e del Territorio (Frane)
Come anticipato, le reti di stazioni permanenti NRTK sono tipicamente gestite da centri di controllo
che possono non solo calcolare le correzioni da fornire all’utenza, ma anche svolgere altre mansioni
quali quelle di monitoraggio. Le strumentazioni collegabili a tale centro possono essere anche
essere semplici ricevitori a singola frequenza che però in quel caso non concorreranno al calcolo dei
parametri di correzione spaziale da diffondere all’utenza che utilizza questo strumento per scopi
198
tecnici.
Non solo, il concetto di sorveglianza del territorio in generale si prefigge di eseguire misure ripetute
nel tempo e comprendere, rispetto ad un riferimento assunto stabile, come le grandezze di ciò che
stiamo monitorando variano nel tempo. Tale ragionamento si basa dunque sulla stabilità presunta
dei punti di riferimento o meglio, si tratta di assumere che il punto di riferimento non sia interessato
dal fenomeno che si intende monitorare.
Un’idea che può essere attuata consiste nella costituzione di una rete di riferimento, costituita dalle
reti NRTK collocate in posizioni strategiche, e da sistemi a basso costo, anch’essi collegati al centro
di controllo.
La posizione dei ricevitori a basso costo verrebbe calcolata dal centro di controllo riferendosi alla
stazione di riferimento più vicina (se la distanza lo consente) o realizzando una stazione “virtuale”
in prossimità della zona di rilievo.
In tale modo si realizza un monitoraggio del territorio a piccola scala utilizzando il calcolo continuo
della rete di riferimento NRTK e sorveglianze del territorio a grande scala utilizzando i ricevitori a
basso costo. È anche da sottolineare che in tale ottica, un unico centro di controllo potrebbe gestire
e sorvegliare molteplici soggetti, riducendo i costi di gestione delle infrastrutture.
E’ importante sottolineare che in tale ottica il monitoraggio ambientale (anche per la meteorologia)
potrebbe essere stimato utilizzando solo i ricevitori della rete di riferimento perché i ricevitori
singola frequenza non consentono la modellizzazione dei parametri atmosferici.
A partire da tal premessa si riporta di seguito un elenco di possibili applicazioni di monitoraggio e
sorveglianza del territorio e delle strutture nonché dell’ambiente che potrebbero utilizzare il
suddetto approccio.
Attualmente, almeno in Italia, solo le dighe presentano già in fase di progettazione e realizzazione
apparati anche molto sofisticati di monitoraggio. D’altro canto la letteratura recente è ricca di
esperimenti, condotti anche in Italia, che dimostrano l’utilizzabilità di tali apparati ai fini della
sorveglianza delle strutture. Evidentemente la sorveglianza di tali soggetti è da considerarsi se le
precisioni richieste sono dell’ordine centimetrico, dunque, qualora alcune strutture possano risultare
compromesse già con deformazioni inferiori al centimetro, allora tali apparati potrebbero non essere
idonei al monitoraggio.
Se poi si considerano i costi della strumentazione da utilizzarsi, rispetto ai costi di progettazione e
realizzazione di tali opere allora quanto emerge è che tali sistemi potrebbero essere impiegati in
modo sistematico almeno per quelle strutture di particolare rilevanza. Il problema sostanziale
nascerebbe se per ogni struttura si dovesse realizzare ad hoc un centro localizzato di elaborazione
del dato e personale che controlli con continuità i dati acquisiti. Nell’ottica però di ragionare come
in premessa, allora non si realizzerebbe uno scenario di n centri di controllo per n strutture ma di un
centro di controllo comune sia per la rete NRTK che per gli n siti di monitoraggio con un
abbattimento drammatico dei costi di realizzazione gestione ed esercizio.
Analisi costi/benefici
Nell’ipotesi di dover realizzare un sistema di monitoraggio ad esempio di una struttura, il costo
della realizzazione del sistema può essere stimato considerando le seguenti azioni.
Studio della struttura costituita dall’analisi dei movimenti attesi, individuazione dei siti da dover
monitorare. Acquisto di un numero di sensori pari a quelli necessari e loro installazione previa
realizzazione di supporti tali da poter garantire un idoneo ancoraggio alla struttura e una buona
stabilità del sensore. La tipologia di sensore può essere a singola frequenza o a doppia frequenza a
seconda della disponibilità di una stazione di riferimento in prossimità dell’area (da poter
considerare nel progetto se il numero di punti di osservazione dovesse essere considerevole).
Individuazione di locali dove installare il centro di controllo e monitoraggio.
Acquisto del software di trattamento delle osservazioni e monitoraggio in tempo reale
Costi di mantenimento e di sorveglianza.
199
Costi di trasmissione dei dati in località remota.
Come è facilmente intuibile la possibilità di raccogliere in un'unica struttura il monitoraggio di più
soggetti consente di abbattere fortemente alcune voci quali il numero di stazioni di riferimento, il
personale e i locali adibiti al monitoraggio.
4.2.2. Riuso delle reti di stazioni permanenti per il monitoraggio del Territorio (Geodinamica e
Subsidenza)
Le reti di stazioni permanenti costituiscono di per se un primo sistema di monitoraggio del territorio
a condizione che le materializzazioni siano sufficientemente stabili.
Quando si parla di problematiche di natura geofisica e quando i movimenti attesi sono
estremamente contenuti è evidente come le problematiche debbano essere analizzate con più
cautela. Gli aspetti che si devono dunque considerare sono molteplici. Reti geodetiche costituitesi
per fini geofisici hanno sempre preferito materializzazioni su roccia rispetto alla scelta di edifici.
Tale scelta è stata adottata al fine di non confondere eventuali instabilità dell’edificio con
movimenti crostali. A tale riguardo però è altresì importante considerare come tali considerazioni
siano vere quando i punti di osservazione sono pochi e ad essi viene attribuito un grande peso.
Quando il numero di punti di monitoraggio aumenta, allora è pensabile che l’importanza delle scelte
di materializzazione abbiano pesi inferiori. Tale considerazione si basa sul fatto che anche
materializzazioni di antenne GNSS su edifici, spesso siano buoni testimoni dell’area sul quale sono
stati installati, ed eventuali comportamenti anomali possono essere più facilmente individuati,
considerando che le deformazioni o gli spostamenti del territorio debbano seguire ragioni andamenti
caratterizzati o da faglie o da effetti graduali. Qualora un vertice segua movimenti differenti dagli
adiacenti, allora sarà possibile comprendere se trattasi di problematiche di monumentazione o di
fenomeni locali. Tale approccio è però possibile quando la densità del numero di punti è alta.
D’altra parte anche il sistema GPS ha costituito una alternativa ad altre tecniche di posizionamento
non tanto per la precisione quanto per la possibilità di realizzare reti molto più dense rispetto a reti
VLBI o l’SLR e dunque ha consentito di localizzare meglio eventuali deformazioni.
In tali casi dunque le reti di stazioni permanenti NRTK possono contribuire allo studio delle
deformazioni e degli abbassamenti del suolo a condizione che vengano ricalcolate assieme a tutti le
altre stazioni che partecipano a tale studio.
Per quanto attiene più specificatamente i fenomeno della subsidenza, il sistema GNSS consente di
ottenere indicazioni sul tale fenomeno ed è evidente come la possibilità di avere osservatori
permanenti in gran numero consenta analisi più capillari ed approfondite. Attualmente però anche le
tecnologie SAR (Syntetic Aperture Radar) consentono di raggiungere risultati soddisfacenti. Ciò
nonostante tutti i metodi anche più evoluti basati su tali approcci richiedono comunque dati a terra
di stazioni di riferimento GNSS, eventualmente equipaggiati con corner reflector per la
calibrazione dei sensori. Anche in questo caso la rete di stazioni permanenti GNSS costituirebbe
l’infrastruttura per la calibrazione delle immagini acquisite e dunque risulterebbe basilare per il
raggiungimento di un buon risultato.
Analisi costi/benefici
Per il riuso dei dati in questi ambiti si deve sottolineare come il costo sia estremamente contenuto e
costituito dall’attivazione di procedure di upload a siti remoti del dato eventualmente ricampionato
all’intervallo di tempo richiesto.
E’ però importante sottolineare come possano esistere differenti livelli di interesse a seconda della
scala del fenomeno che si intende studiare o monitorare.
Il problema della subsidenza è particolarmente sentito in alcune aree del territorio e dunque viene
più accuratamente studiato in ambito locale, mentre per studi di natura geodinamica lo studio viene
principalmente condotto da enti e strutture di ricerca preposte a tali studi.
200
4.2.3. Riuso delle reti di stazioni permanenti per studi sulla meteorologia
I servizi GNSS possono dare importanti contributi alla meteorologia, alla climatologia e ad altre
discipline ambientali, grazie alla capacità di stimare alcuni parametri legati alla troposfera che
influenzano le osservazioni GNSS. Il principale tra questi parametri è il ritardo troposferico zenitale
(ZWD), stimato dalle sole osservazioni di stazioni GNSS a terra, ed attualmente disponibile a
cadenza oraria nelle soluzioni delle reti GNSS internazionali IGS ed EUREF. Informazioni
meteorologiche ausiliarie di temperatura e pressione al suolo consentono di stimare, noto il ritardo
troposferico zenitale, anche il contenuto in vapore d’acqua precipitabile (Integrated Precipitable
Water Vapor, IPWV), parametro che governa l’evoluzione dei fenomeni meteorici.
La misura dell’IPWV può essere ottenuta attraverso l’analisi dell’effetto che le molecole dipolari
del vapor d’acqua hanno sulla propagazione delle onde elettromagnetiche nella troposfera, ed è
convenzionalmente stimato con radiosonde e palloni sonda. In passato erano utilizzate le radiosonde
(Radio Observation Ballon, RAOB), ma più recentemente sono utilizzati anche radiometri a terra
(Water Vapor Radiometer, WVR). Tuttavia queste tecniche non possono essere impiegate in modo
diffuso sul territorio, né con una troppo elevata frequenza temporale. Tali strumenti infatti hanno
notevoli limiti e costi elevati (qualche centinaio di Euro ogni RAOB, qualche centinaia di migliaia
un WVR). La loro accuratezza degrada in presenza di pioggia e sono quindi di scarsa utilità per la
previsione in corso di evento. Inoltre la loro risoluzione spaziale e temporale è scarsa; ad esempio in
Italia i RAOB vengono lanciati in genere ogni 6 ore da sole 6 basi, e non esiste una rete permanenti
di WVR. La distribuzione del vapore acqueo nell’atmosfera invece è fortemente variabile, sia nello
spazio che nel tempo. Per questo motivo, dove le stazioni GNSS sono distribuite sul territorio con
una sufficiente densità, esse possono essere impiegate per ottenere una stima in continuo del vapore
d’acqua precipitabile. Tra i potenziali vantaggi del GNSS abbiamo anche l’indipendenza dalle
condizioni atmosferiche e costi limitati di installazione ed esercizio; molto vantaggioso è l’utilizzo
di stazioni permanenti già istallate per altri scopi ed integrate con stazioni meteorologiche per
misure di pressione e temperatura al suolo.
Caratteristiche
Tipo di misura
Radiosonde
Puntuale
(profili di umidità)
Quantità misurate
Stime indipendenti di ZWD
e IPWV
Operatività
Risoluzione spaziale
Risoluzione
temporale
Qualunque condizione
Scarsa
Scarsa
(4 lanci/giorno)
WVR
GPS
Integrale
Integrale
IPWV (95-99%) e
acqua liquida
(1-5% dell’acqua totale)
Assenza di pioggia
Scarsa
Misura
continua
IPWV
(95-99% dell’acqua totale)
Qualunque condizione
Potenzialmente elevata
5’ (?) – 30’
I primi studi, condotti in zone climatiche diverse da quella italiana, hanno indicato un buon accordo
tra gli IPWV determinati indipendentemente con GNSS e con WVR. L’assimilazione dell’IPWV
determinato con il GNSS in modelli numerici di previsione si è dimostrata efficace. Ciò non
significa evidentemente che sia possibile effettuare previsioni meteorologiche esclusivamente con il
GNSS, ma che questo può contribuire con preziose informazioni ai modelli numerici di previsione a
media scala. Questi sono modelli molto complessi, gestiti da pochi centri specializzati, idonei alle
previsioni a medio termine (12 - 24 ore) e con risoluzione spaziale medio-bassa. Tra i problemi
attualmente riscontrati vi è proprio questa bassa risoluzione spaziale, spesso insufficiente per le
previsioni meteorologiche su piccoli bacini idrografici, che sono molto comuni in Italia. Una
maggiore risoluzione spaziale dei modelli, che però dipende anche dalla disponibilità di
osservazioni ad una risoluzione maggiore dell’attuale, potrebbe portare alla predisposizione di
adeguati strumenti di allertamento per il rischio di esondazione in questi ambiti.
201
Qualora la densità di stazioni GNSS sul territorio sia molto elevata (interdistanza massima di circa
10 km) dobbiamo anche segnalare la possibilità di effettuare la cosiddetta tomografia troposferica.
Questa tecnica consente di costruire un modello di rifrattività della troposfera attraverso una stima
direzionale del ritardo troposferico, anziché globale in direzione zenitale. Tale modello prevede la
suddivisione della troposfera in strati orizzontali di spessore variabile, e la suddivisione orizzontale
in celle di pochi chilometri di lato. In altre parole la porzione di troposfera presa in esame è
rappresentata da una matrice tridimensionale di voxel, fatta l’ipotesi di isotropia all’interno di ogni
voxel.
La stima dei valori ZTD e IPWV ha applicazioni non solo meteorologiche, ma anche climatiche ed
ambientali. Il vapore d’acqua è infatti l’elemento chiave del ciclo ideologico e anche un importante
gas serra. Il monitoraggio a lungo termine del contenuto in vapor d’acqua nell’atmosfera e della sua
distribuzione è essenziale nell’analisi dei cambiamenti climatici. È poi noto che l’accuratezza delle
tecniche di interferometria radar (InSAR) per il monitoraggio di deformazioni, è limitata
principalmente dall’eterogeneità della propagazione dei segnali elettromagnetici nell’atmosfera,
principalmente dovuta alla forte variabilità nello spazio e nel tempo dell’IPWV. Anche in questo
campo quindi troviamo un importante contributo delle reti GNSS.
Analisi costi/benefici
La metodologia legata alla stima dei parametri meteorologici mediante l’uso di sistemi GNSS è già
da tempo oggetto di studio. I risultati ottenibili sono incoraggianti ma attualmente tali risultati
difficilmente vengono utilizzati da chi si occupa di meteorologia. Uno dei principali limiti a tale
tecnica risiede nella densità di stazioni a terra che rende i modelli non sufficientemente dettagliati.
Per quanto attiene i costi di un riuso di reti di stazioni permanenti per tali scopi, si sottolinea come
gli unici costi sono quelli di calcolo, a meno di non scegliere di equipaggiare ciascuna stazione
permanente di centraline meteo. E’ realistico pensare però che in futuro, con l’aumento del numero
di satelliti disponibili (GPS, GLONASS, Galileo, COMPASS …) e disponendo di una rete di
stazioni permanenti molto densa, i risultati saranno tali da poter essere impiegati in ambito
meteorologico.
4.2.4. Riuso delle reti di stazioni permanenti per applicazioni nei cantieri
Per quanto attiene i cantieri, le problematiche individuate erano sostanzialmente tre:
a) Monitoraggio strutture limitrofe a grandi cantieri (metropolitana)
b) Monitoraggio di movimentazione mezzi e operatori con delimitazione aree rischiose
c) Per operazioni di scavo e movimentazione terra
In realtà per quanto attiene i punti a) e c) le reti di stazioni permanenti possono costituire una
soluzione più che ragionevole operando come nel paragrafo 4.2.1. Per quanto attiene invece il punto
b), le considerazioni da farsi sono sostanzialmente simili a quelle contenute nel paragrafo 6.5 a
seguire. Anche per quanto attiene l’analisi costi/benefici le considerazioni sono pressoché analoghe.
4.2.5. Riuso delle reti di stazioni permanenti per fini di protezione del territorio o azioni di
prevenzione (Movimentazione carichi pericolosi, perimetrazione delle aree incendiate,
alluvionate o terremotate )
Nel presente paragrafo sono raggruppate alcune applicazioni che non richiedono necessariamente
alte precisioni ma che potrebbero trarre vantaggio da sistemi di gestione remota delle flotte che
costituiscono un problema differente rispetto alle reti di SP per il tempo reale.
Il numero di applicazioni dove è richiesta una precisione centimetrica o subdecimetrica sono
202
sicuramente limitate ad uno stretto ambito. Molte sono invece le applicazioni che richiedono un
posizionamento satellitare ma che non richiedono altissime precisioni.
In particolare, nei paragrafi successivi vengono elencate alcune possibilità che possono inquadrarsi
nella protezione del territorio, nella misura dei danni provocati da eventi naturali o antropici
(incendi, alluvioni e terremoti) e nella gestione dei cantieri.
In tali casi l’infrastruttura rete di stazioni permanenti può fornire correzioni di codice per consentire
all’utenza una navigazione o un rilievo con accuratezza metrica, più che sufficiente per la
applicazioni elencate. In realtà la considerazione precedente deve anche tenere in considerazione
come lo scenario attuale vede il diffondersi di sistemi di augmentation globali o comunque a
copertura continentale che consentono il posizionamento con l’ausilio di satelliti geostazionari che
inviano correzioni. Tali sistemi costituiscono una alternativa in alcune circostanze più semplice in
quanto i ricevitori abilitati acquisiscono direttamente dal “cielo” sia i dati GNSS sia le correzioni
senza l’ausilio di modem GPRS o UMTS che non sempre offrono copertura adeguata specialmente
in zone montuose e lontano da centri abitati.
5. CONCLUSIONI
Dalle indagini svolte sono emerse molteplici applicazioni dove le reti di stazioni permanenti
possono contribuire alla sorveglianza del territorio.
Nella relazione in oggetto, a partire da una panoramica generale relativa ai soggetti che possono
essere posti sotto sorveglianza (tramite sistemi di monitoraggio in tempo reale) ed elencati nella
prima relazione, è stato condotto uno studio per poter valutare, considerando anche analisi
costi/benefici, quali soggetti possano essere sorvegliati con l’uso di reti di stazioni permanenti o
meglio come possano essere riutilizzate le reti di stazioni permanenti per altre applicazioni di
sorveglianza.
Da quanto emerge le reti di stazioni permanenti per il posizionamento in tempo reale possono essere
impiegate senza particolari oneri aggiuntivi solo per scopi geodinamici, per lo studio della
subsidenza ed in campo meteorologico.
E’ però da sottolineare come in particolare per il primo aspetto si deve considerare come esistano,
nel panorama nazionale, reti nate per tali scopi e dunque le reti di stazioni permanenti per
posizionamento in tempo reale possono costituire un ulteriore raffittimento capace di migliorare le
conoscenze dei fenomeni suddetti. Non solo, reti geodetiche per studi di geodinamica vengono
realizzate considerando anche l’ubicazione di eventuali faglie mentre le reti per il posizionamento
di precisione in tempo reale nascendo per soddisfare altre esigenze si presentano più
omogeneamente distribuite nel territorio.
Esiste tuttavia un numero notevole di possibili strutture, edifici a rischio, frane ed applicazioni in
cantiere dove le reti di stazioni permanenti possono giocare un ruolo di infrastruttura già esistente
per scopi di posizionamento di precisione ma riutilizzabile anche come centro di monitoraggio. Per
tali scopi è però necessario integrare con ricevitori aggiuntivi (anche a basso costo) le reti in
oggetto, collocando tali sensori aggiuntivi sui siti da monitorare. Dunque le stazioni permanenti
verrebbero utilizzate come stazioni di riferimento per i siti di sorveglianza. In questo scenario il
valore aggiunto è duplice: da un lato le stazioni permanenti, sottoposte a calcoli continui, vengono
monitorate e possono fornire indicazioni sulla reale stabilità dell’antenna utilizzata come
riferimento rispetto al sito di monitoraggio e dall’altro, il centro di controllo delle reti di stazioni
203
permanenti può fungere anche da centro di monitoraggio, riducendo dunque gli oneri di gestione
principalmente attribuibili al personale preposto alla sorveglianza e alla manutenzione.
Infine, esistono altre applicazioni individuate nel contesto della sorveglianza del territorio, che per
via delle precisioni richieste, non richiedono strettamente l’uso di reti di stazioni permanenti,
soprattutto alla luce di sistemi di augmentation capaci di fornire precisioni metriche in tutto il
territorio.
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207
CONSIDERAZIONI CONCLUSIVE E SVILUPPI FUTURI
Gli obiettivi della presente ricerca erano individuati nel bando di affidamento come segue,
distinguendo quattro principali attività:
Sottolotto 1 (Catasto)
Nel contesto della precedente specifica IntesaGIS sul Raffittimento primario GPS a 7 km dei vertici
geodetici IGM’95, si richiede la redazione di una proposta di sua revisione e di redazione di
specifiche per ulteriore raffittimento geodetico GPS ai fini della rideterminazione di Punti Fiduciali
Catastali.
Sottolotto 2 (Datum e rete di ordine zero)
Nel contesto delle attuali iniziative delle Regioni Lombardia, Friuli – Venezia Giulia, Umbria,
Abruzzo, Toscana, delle Province di Bolzano e Trento in merito alle Reti regionali di Stazioni
Permanenti GPS; considerata l’ipotesi nel breve-medio periodo di un graduale sviluppo di
analoghe infrastrutture regionali su tutto il territorio nazionale, si richiede la redazione di una
proposta tecnica per il coordinamento operativo nazionale delle varie infrastrutture a scala
regionale al fine di concorrere, anche in collaborazione con strutture nazionali interessate al
problema, alla definizione di un datum geodetico nazionale di ordine zero e del suo costante
aggiornamento temporale; la proposta tecnica dovrà prevedere la valorizzazione delle iniziative
regionali mantenendo quindi il livello delle proposte tecniche al semplice coordinamento delle
attività regionali ed evitando soluzioni di concentrazione delle attività di gestione, elaborazione e
pubblicazione dei dati geodetici.
Sottolotto 3 (Infomobilità)
Nel contesto delle attuali iniziative delle Regioni Lombardia, Friuli – Venezia Giulia, Umbria,
Abruzzo, Toscana, delle Province di Bolzano e Trento in merito alle Reti regionali di Stazioni
Permanenti GPS; considerata l’ipotesi nel breve-medio periodo di un graduale sviluppo di
analoghe infrastrutture regionali su tutto il territorio nazionale, si richiede la redazione di una
valutazione tecnica, in termini di analisi dei costi/benefici, per il riuso delle suddette infrastrutture
regionali anche per l’infomobilità.
Sottolotto 4 (Sorveglianza del territorio)
Nel contesto delle attuali iniziative delle Regioni Lombardia, Friuli – Venezia Giulia, Umbria,
Abruzzo, Toscana, delle Province di Bolzano e Trento in merito alle Reti regionali di Stazioni
Permanenti GPS; considerata l’ipotesi nel breve-medio periodo di un graduale sviluppo di
analoghe infrastrutture regionali su tutto il territorio nazionale, si richiede la redazione di una
valutazione tecnica, in termini di analisi dei costi/benefici, per il riuso delle suddette infrastrutture
regionali anche per la sorveglianza in tempo reale del territorio e la prevenzione dei rischi.
La ricerca svolta, pur mantenendo questa impostazione, ha un’articolazione logica che parte
dall’ambito più generale, quello della definizione di un datum unificato (sottolotto 2), passando
quindi ad aspetti di prevalente carattere applicativo (sottolotti 1, 3, 4). Le conclusioni verranno
quindi esposte in quest’ordine.
Il sottolotto 2 ha avuto per oggetto la definizione e realizzazione di un datum unificato mediante la
costituzione di una rete di ordine zero, la realizzazione della quale è di fatto già in corso con la
RDN - Rete Dinamica Nazionale dell’Istituto Geografico Militare.
Si è presa innanzitutto in esame la situazione attuale italiana delle stazioni GNSS istituite da vari
Enti per scopi scientifici (IGS, EUREF, ASI, ...) e di quelle realizzate da altri Enti per finalità più
208
specifiche e locali. E’ stato realizzato un censimento delle stazioni permanenti che potenzialmente
sono in grado di far parte di una rete dinamica di ordine zero, mediante la compilazione per
ciascuna stazione di una opportuna scheda con allegato glossario per meglio precisare le
informazioni richieste.
Sono stati definiti dei criteri di selezione per le stazioni da includere in una rete dinamica nazionale,
ed è stata così individuata una rete test che è stata sottoposta a calcolo con dati reali e software
scientifico. Sono state definite le procedure di processamento giornaliero della rete, analizzati i
risultati ottenuti dall’elaborazione di 3 mesi di dati nella rete test, e forniti suggerimenti relativi
all’interpretazione delle serie temporali. E’ stato infine esaminato lo stato di avanzamento della rete
dinamica nazionale dell’IGM.
Il risultato più importante della ricerca relativa al sottolotto 2 è che la fattibilità di una rete di
ordine zero per il monitoraggio a livello italiano del sistema di riferimento geodetico globale è stata
ampiamente dimostrata negli esempi qui riportati ed in altri già calcolati.
La ricerca su questo tema è di importanza fondamentale, risultando strategica per tutto il settore
geodetico e cartografico. Per gli sviluppi futuri, possono essere individuate le seguenti tematiche di
ricerca:
 Si rende necessario passare da esempi ad una implementazione in continuo, infatti è chiaro che
solo il monitoraggio continuo delle stazioni di riferimento permetterà:
- l’individuazione di anomalie per stazioni che abbiano subito spostamenti improvvisi non
modellati o cambiamenti di antenna,
- la erogazione di un insieme di coordinate, ad esempio ad intervalli settimanali,
uniformemente ed omogeneamente accurate nel tempo a livello nazionale, quali basi per la
referenziazione di reti più locali,
- lo studio e la determinazione di segnali non modellati correttamente, nei residui delle
equazioni d’osservazione.
 Occorre studiare e definire chiaramente i criteri di certificazione, non solo delle prestazioni di
singole stazioni inserite in reti di servizio, ma anche della qualità complessiva dei servizi di
posizionamento, in particolare di quelli in RTK.
 E’ inoltre necessario continuare lo studio più fine del funzionamento delle stazioni permanenti
allo scopo di eliminare ulteriori fattori di disturbo nelle soluzioni; ad esempio tutte le stazioni
devono avere una stima di multipath che deve essere controllato ogni 3-4 mesi, per ottenere
soluzioni sempre più precise.
 E’ infine utile considerare la possibilità strategica di incominciare a studiare i possibili prodotti
della rete nazionale per le reti che funzionano in RTK per un futuro servizio di PPP; ad esempio
l’erogazione di differenze singole di wide lane e narrow lane.
Per il sottolotto 1 la richiesta riguardava la redazione di una proposta di revisione delle specifiche
Intesa GIS per ulteriore raffittimento geodetico GPS ai fini della rideterminazione di Punti Fiduciali
Catastali.
L’ipotesi di un ulteriore raffittimento delle reti passive a una maglia inferiore ai 7 km non sembra
proponibile sia dal punto di vista economico che tecnico. Certamente, le reti attive (costituite da SP)
avranno nei prossimi anni sempre maggior sviluppo e miglioreranno la qualità dei servizi forniti,
ma potranno coesistere ed interagire positivamente con infrastrutture passive.
La ricerca ha riguardato problematiche connesse all’impiego della tecnologia GNSS nei rilievi
catastali, negli aspetti legati alla rideterminazione dei punti fiduciali e alle trasformazioni del DB
catastale nei datum geodetici recenti.
Sono state formulate alcune ipotesi di lavoro che necessitano ancora di qualche approfondimento
per la complessità derivante dalla ingente mole di dati del Catasto, dalla molteplicità dei sistemi di
riferimento, dalla precisione non omogenea del materiale geodetico e cartografico, e dalla
209
importanza per gli utenti che rivestono i dati stessi.
Sono state analizzate ed esposte le metodologie che si ritengono più opportune, anche alla luce di
contributi teorici e sperimentali recentemente resi disponibili in letteratura da parte di studiosi in
parte anche esterni al presente gruppo di ricerca.
Il sottolotto 3 ha avuto per oggetto l’utilizzo delle reti di SP ai fini dell’infomobilità. Il contributo a
questo tipo di applicazioni delle infrastrutture di posizionamento attive è fondamentale, e permette
di innalzare notevolmente il livello delle prestazioni.
Le applicazioni possibili sono state analizzate tenendo conto delle diverse tipologie di ricevitori, di
costo e caratteristiche diverse, presenti oggi sul mercato, e in funzione delle nuove costellazioni
satellitari che si renderanno disponibili nonché della modernizzazione di quelle esistenti. Sono state
esaminate anche le relazioni e interazioni tra reti di SP e tecniche di “augmentation”.
La ricerca riporta anche una estesa bibliografia distinta per temi, ed i risultati di una serie di test
sperimentali effettuati in varie modalità.
Il sottolotto 4 riguarda l’impiego delle reti di SP in applicazioni di monitoraggio e sorveglianza del
territorio. Anche per queste applicazioni le infrastrutture permanenti portano solo contributi
positivi.
La ricerca ha individuato e classificato i fenomeni da sottoporre a sorveglianza, e riporta una
sintesi dello stato dell’arte delle metodologie disponibili per le applicazioni di monitoraggio. Le
possibilità di riuso delle reti di SP per applicazioni di sorveglianza sono risultate notevoli e sono
state analizzate distinguendo tra il monitoraggio di edifici e strutture, del territorio (frane,
geodinamica, subsidenza), di ambiti cantieristici, della meteorologia, o di altre applicazioni quali
movimentazione di carichi pericolosi, perimetrazione di aree incendiate, alluvionate o terremotate.
Tra i possibili sviluppi futuri della ricerca su questa tematica possono essere citati i seguenti temi
meritevoli di approfondimento:
 Affinamento delle procedure di elaborazione delle osservazioni GNSS di reti per il
monitoraggio. Si tratta in genere di reti di piccole dimensioni, che richiedono parametri di
calcolo tarati ad hoc per trarre il massimo vantaggio dalla limitata lunghezza delle basi.
 Ottimizzazione delle procedure di occupazione, stazionamento e misura su reti di stazioni non
permanenti; affinamento del progetto delle misure (planning).
 Aggancio delle reti locali di monitoraggio a reti di stazioni permanenti; stima dei campi di
velocità nel sistema di riferimento globale.
 Reti miste GNSS e livellazione; eventuale compensazione combinata delle osservazioni.
 Sviluppo di sensoristica a basso costo specificamente studiata per il monitoraggio.
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