Sistemi di riferimento per il GPS NRTK - Ogs
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<strong>GPS</strong>-RTK: un servizio <strong>di</strong> posizionamento in tempo reale nel Friuli-Venezia Giulia !" #$
<strong>GPS</strong>-RTK: un servizio <strong>di</strong> posizionamento in tempo reale nel Friuli-Venezia GiuliaSISTEMI DI RIFERIMENTOInsieme <strong>di</strong> regole e <strong>di</strong> misure necessarie a definire univocamente la posizione<strong>di</strong> un punto nello spazio.-> <strong>Sistemi</strong> <strong>di</strong> <strong>riferimento</strong> cartesiani 2D o 3D-> <strong>Sistemi</strong> <strong>di</strong> <strong>riferimento</strong> ellissoi<strong>di</strong>ciP ≡ (X,Y,Z)DATUMDefinisce come <strong>il</strong> sistema <strong>di</strong> <strong>riferimento</strong> (SR)è legato alla Terra.-> Posizione dell’origine del SR-> La scala-> L’orientamento degli assi
<strong>GPS</strong>-RTK: un servizio <strong>di</strong> posizionamento in tempo reale nel Friuli-Venezia GiuliaREALIZZAZIONE DEL SR (aka(“FRAME”)Insieme delle o<strong>per</strong>azioni <strong>di</strong> misura che materializzano/realizzano/concretizzano <strong>il</strong>concetto (astratto) <strong>di</strong> SR e <strong>di</strong> DATUM• Una realizzazione si presenta come una lista <strong>di</strong> vertici <strong>di</strong> rete, <strong>di</strong> cui vengonodeterminate le coor<strong>di</strong>nate riferite a una certa epoca, ed ev. la variazione <strong>di</strong> questenel tempo (velocità).• Per un determinato SR possiamo avere <strong>di</strong>verse realizzazioni, in <strong>di</strong>versi tempi econ <strong>di</strong>verse modalità <strong>di</strong> misura, anche <strong>di</strong> <strong>di</strong>versa precisione.• La <strong>di</strong>namica della crosta terrestre è <strong>il</strong> principale responsab<strong>il</strong>e della variazionedelle coor<strong>di</strong>nate nel corso del tempo• I punti sulla su<strong>per</strong>ficie terrestre si spostano con velocità che variano da pochim<strong>il</strong>limetri a <strong>di</strong>versi centimetri <strong>per</strong> anno. Nell’arco <strong>di</strong> pochi anni i valori cumulatipossono <strong>di</strong>ventare significativi.
<strong>GPS</strong>-RTK: un servizio <strong>di</strong> posizionamento in tempo reale nel Friuli-Venezia GiuliaIL CONCETTO <strong>NRTK</strong>Si basa sulla possib<strong>il</strong>ità <strong>di</strong> modellizzare accuratamente le componenti <strong>di</strong>s<strong>per</strong>sivedel segnale satellitare, in particolare la componente atmosferica, in virtù della loroelevata correlab<strong>il</strong>ità spaziale.-> Misurato <strong>il</strong> valore in alcuni punti dello spazio (le stazioni della rete) è possib<strong>il</strong>epre<strong>di</strong>re <strong>il</strong> corrispondente valore in qualsiasi altro luogo interno con precisionicentimetriche.From: Volker Schwieger@FIG2007
<strong>GPS</strong>-RTK: un servizio <strong>di</strong> posizionamento in tempo reale nel Friuli-Venezia GiuliaLE SPECIFICHE DI UN SR PER SERVIZI <strong>NRTK</strong>“E’ LA RETE CHE MATERIALIZZA IL SR USATO DALL’UTENZA”.• La posizione <strong>di</strong> ciascuna stazione <strong>per</strong>manente deve essere metricamentecoerente con <strong>il</strong> sistema <strong>di</strong> coor<strong>di</strong>nate dei satelliti• Data la precisione centimetrica raggiungib<strong>il</strong>e dall’<strong>NRTK</strong>, la posizione dellestazioni andrebbe definita con precisione ancora su<strong>per</strong>iore.• Il SR scelto <strong>per</strong> la rete deve essere ufficiale e certificab<strong>il</strong>e.• Reti contigue territorialmente dovrebbero con<strong>di</strong>videre lo stesso SR in modo dafac<strong>il</strong>itare la connessione fra le stesse ed evitare “salti” <strong>di</strong> soluzione.• Per <strong>il</strong> formidab<strong>il</strong>e contributo fornito dalle reti allo stu<strong>di</strong>o e al monitoraggio della<strong>di</strong>namica terrestre, <strong>il</strong> SR dovrebbe essere unico su scala globale ecostantemente aggiornato.• n.b. Alcune specifiche possono collidere con le necessità dell’utenza e con lafac<strong>il</strong>ità d’uso del servizio (necessità <strong>di</strong> ulteriore trasformazione delle coor<strong>di</strong>nate)
<strong>GPS</strong>-RTK: un servizio <strong>di</strong> posizionamento in tempo reale nel Friuli-Venezia GiuliaI SR DI INTERESSE PER I SERVIZI DI RETE RT• ITRS e le sue realizzazioni ITRFxx• ITRS e le sue realizzazioni IGxx• ETRS89 e le sue realizzazioni ETRFxxI sistemi nazionali storici:• Gauss-Boaga/Roma40• Ed50• … Cassini-Soldner (!)non hanno caratteristiche adeguate <strong>di</strong> precisione né <strong>di</strong>attualità
<strong>GPS</strong>-RTK: un servizio <strong>di</strong> posizionamento in tempo reale nel Friuli-Venezia GiuliaITRS e sue realizzazioni ITRFxxITRS – International Terrestrial Reference SystemSR 3D cartesiano geocentrico, co-rotante con la Terra, allineato al Sistema <strong>di</strong>Riferimento Geocentrico Celeste me<strong>di</strong>ante una rotazione che considera iparametri <strong>di</strong> orientamento terrestri.SR definito e mantenuto dall’International Earth Rotation and ReferenceSystems Service (IERS – http://www.iers.org), con <strong>il</strong> contributo <strong>di</strong> varietecniche <strong>di</strong> geodesia spaziale (VLBI, Lunar e Satellite Laser Ranging , <strong>GPS</strong>,Glonass, DORIS … ) e dei relativi servizi.SR adottato/raccomandato dalla International Union of Geodesy andGeophysics (IUGG) (Perugia 2007) <strong>per</strong> tutte le applicazioni scientifiche.SR che annovera <strong>di</strong>verse realizzazioni denominate International TerrestrialReference Frames: ITRFyy (dall’ITRF88 iniziale, all’attuale ITRF2005). Inme<strong>di</strong>a ogni 5 anni. Già si annuncia ITRF2008.
<strong>GPS</strong>-RTK: un servizio <strong>di</strong> posizionamento in tempo reale nel Friuli-Venezia GiuliaRealizzazioni ITRFxx(yyyy)Una realizzazione ITRF è legata aduna precedente (es. da ITRF00 aITRF89) da una trasformazione <strong>di</strong>Helmert a 7 parametri (3t, 3r e 1s). Iparametri <strong>di</strong> trasformazione varianolinearmente nel tempo e definisconoulteriori 7 parametri (3dt, 3dr, 1ds).Esempio: Da ITRF2000 a:Il passaggio successivo dallarealizzazione ITRF iniziale adun’epoca generica (es. daITRF00(00) a ITRF00(08)) avvienesecondo un modello lineare:
<strong>GPS</strong>-RTK: un servizio <strong>di</strong> posizionamento in tempo reale nel Friuli-Venezia GiuliaITRS e WGS84Originariamente, <strong>il</strong> SR WGS84 è stato realizzato nel 1987 con misure Doppler(Sistema NNSS o Transit). Esso ha sostituito <strong>il</strong> precedente WGS72.Le prime realizzazioni del WGS84 coincidevano con ITRS entro tolleranze <strong>di</strong> unmetro.Le realizzazioni recenti del WGS84 sono basate anch’esse su misure <strong>GPS</strong>.Le realizzazioni recenti del WGS84 (G730 del 1994, G873 del 1996/7 e G1150del 2001) coincidono praticamente con <strong>il</strong> corrispondente ITRF entro un margine<strong>di</strong> circa 10 cm.(fonte ftp://itrf.ign.fr/pub/itrf/WGS84.TXT)Ellissoide: WGS84 <strong>per</strong> WGS84, GRS80 <strong>per</strong> lTRSNota: La realizzazione del WGS84 è meno rigorosa <strong>di</strong> quella dei vari ITRF. Nella v.G1150 <strong>il</strong> calcolo <strong>di</strong> compensazione della rete è stato fatto fissando <strong>il</strong> 65% delle stazioni …(fonte http://www.mycoor<strong>di</strong>nates.org/is_definition_of_wgs_december-2006.php)
<strong>GPS</strong>-RTK: un servizio <strong>di</strong> posizionamento in tempo reale nel Friuli-Venezia GiuliaITRS e realizzazioni IGSL’ International GNSS Service (IGS) - già International <strong>GPS</strong> Service – riunisceoltre 200 agenzie nel mondo (Nasa, IGN …) al fine <strong>di</strong> con<strong>di</strong>videre risorse e dati<strong>GPS</strong> & GLONASS <strong>per</strong> fornire prodotti <strong>GPS</strong> & GLONASS <strong>di</strong> elevata precisione(effemeri<strong>di</strong>, coor<strong>di</strong>nate stazioni, parametri iono e troposferici, movimenti delpolo …) .IGS è un servizio dell’ International Association of Geodesy (IAG) e raccoglie idati <strong>di</strong> 420 stazioni GNSS mon<strong>di</strong>ali, <strong>di</strong> cui >350 attiveIGS o<strong>per</strong>a <strong>per</strong> migliorare la definizione dell’ITRS.Le soluzioni IGS sono più in<strong>di</strong>cate <strong>per</strong> le applicazioni GNSS in quanto:§ Derivano esclusivamente da misure GNSS e ciò le rende altamentecoerenti con le applicazioni GNSS;§ Sono aggiornate molto più frequentemente dell’ITRF, ad<strong>di</strong>ritturasettimanalmente;§ Sono <strong>di</strong>sponib<strong>il</strong>i effemeri<strong>di</strong> precise in IGS.
<strong>GPS</strong>-RTK: un servizio <strong>di</strong> posizionamento in tempo reale nel Friuli-Venezia GiuliaETRS89 e sue realizzazioniETRS - European Terrestrial Reference SystemLe coor<strong>di</strong>nate ITRF variano nel tempo: da mm a cm/anno. Ciò è dovuto aimovimenti delle placche.Per ridurre questo effetto si considera un SR solidale alla placca europea:origine e orientamento degli assi si muovono rigidamente con essa.La definizione e la realizzazione <strong>di</strong>ETRS89 sono a carico <strong>di</strong> unasottocommissione IAG EUropeanREference Frame – EUREF che si avvale<strong>di</strong> una rete <strong>per</strong>manente <strong>di</strong> circa 200stazioni appartenenti all’EuropeanPermanent Network (EPN) e 16 centri <strong>di</strong>analisi.EPN è una densificazione della rete IGS.
Realizzazioni IRTF dell’IGSA partire dal 1989, <strong>per</strong> ogni realizzazione ITRFyyrealizzazione ETRFyyETRF89 = ITRF89ETRF90ETRF91ETRF92ETRF93ETRF94ETRF96ETRF97ETRF2000 = RDNETRF2000(05)Per le realizzazioni successive all’89:
<strong>GPS</strong>-RTK: un servizio <strong>di</strong> posizionamento in tempo reale nel Friuli-Venezia GiuliaETRS89 e IGM95IGM95 è la prima realizzazione italiana <strong>di</strong> ETRS89Presenta leggere <strong>di</strong>storsioni/deformazioni < 10 cm rispetto a ETRF2000.IGM ha determinato i parametri <strong>di</strong> griglia <strong>per</strong> <strong>il</strong> passaggio IGM95 – RDN,<strong>di</strong>sponib<strong>il</strong>i nei f<strong>il</strong>e griglia dell’ultima serie “.grk” <strong>per</strong> i SW che le implementano(Verto, Cartlab, etc.)
<strong>GPS</strong>-RTK: un servizio <strong>di</strong> posizionamento in tempo reale nel Friuli-Venezia GiuliaSR delle reti regionaliIl SR è già contenuto implicitamente nel formato RTCM 2.1 e 2.3 (MessaggioType 3 – “Coor<strong>di</strong>nate della stazione <strong>di</strong> <strong>riferimento</strong>”) .Il formato RTCM 3.1 può contenere molte più informazioni: parametri del SR(Type 1021 - 1027), SR delle stazioni (Type 1005-1006).Friuli Venezia GiuliaFredNetRINEX e RTKInquadrata ITRF00“A.Marussi”RINEX e RTKInquadrata ETRS89 (PADO, ZOUF, GSR1)
<strong>GPS</strong>-RTK: un servizio <strong>di</strong> posizionamento in tempo reale nel Friuli-Venezia GiuliaVENETORINEX e RTKInquadrata ETRF2000 / RDNLOMBARDIAGpsLombar<strong>di</strong>a - RINEX e RTKInquadrata IGS05(2009) +ETRF2000 - RDNPROVINCIA TNTPOS (Trentino Positioning Service) – RINEX e RTKInquadrata IGb00 ( Graz, Innsbruck, Me<strong>di</strong>cina eZimmerwald ). Traslazione geocentrica delle SP suIGM95.PROVINCIA BZSTPOS (South Tyrolean Position Service) - Solo RINEXInquadrata ETRS89 rispetto BZRG(ITRF/EPN), HFLK, TREN
<strong>GPS</strong>-RTK: un servizio <strong>di</strong> posizionamento in tempo reale nel Friuli-Venezia GiuliaSLOVENIASIGNAL (SlovenIja-Geodezija-NAvigacija-Lokacija) – RINEX e RTKRealizzazione locale ETRS89 secondospecifiche EUPOS.AUSTRIAAPOS (Austrian Positioning Service)RINEX e RTCM2.3Realizzazione ETRS89http://www.bev.gv.at/portal/page?_pageid=713,1571538&_dad=portal&_schema=PORTAL> Si evidenzia una <strong>di</strong>somogeneità nei SR adottati regionalmente, anche infunzione dei <strong>di</strong>versi scopi delle reti (scientifici, tecnici, misti)
<strong>GPS</strong>-RTK: un servizio <strong>di</strong> posizionamento in tempo reale nel Friuli-Venezia GiuliaOsservazioni finali: la lista dei desideriDiretta evidenza del SR adottato/<strong>di</strong>stribuito dalle reti regionali sui portali <strong>di</strong>accesso ai servizi <strong>di</strong> correzioni <strong>di</strong>fferenzialiMaggiore integrazione tra reti limitrofe, <strong>per</strong> evitare <strong>di</strong>sallineamenti o effetti<strong>di</strong> bordo al confine tra le reti. La RDN potrà fornire l’occasione.Piena integrazione tra le reti regionali del FVG:- Stesso SR;- Entrambi i broadcaster dovrebbero <strong>di</strong>stribuire le correzioni delle rispettivesottoreti (+ ridondanza = stab<strong>il</strong>ità, accessib<strong>il</strong>ità …);- Entrambi i portali devono poter <strong>di</strong>stribuire i rispettivi Rinex;Grazie!