La Stazione terrestre G.P.S.

del prof. ing. Salvatore Piscera

Il Global Positioning System (G.P.S.) o sistema di posizionamento globale si basa sull’utilizzazione di una costellazione di satelliti posti in orbita intorno alla terra.

Il sistema permette di determinare l’ubicazione di un punto sulla superficie terrestre con precisione che va da un centinaio di metri a qualche millimetro a seconda dei ricevitori utilizzati per le misurazioni.

Le osservazioni sono trattate in modo da determinare la posizione delle stazioni in un sistema di coordinate cartesiane assolute (X, Y, Z).

Il sistema satellitare G.P.S. si articola in tre segmenti:

Il segmento spaziale è costituito da un gruppo di 24 satelliti su 6 orbite distinte.

Il segmento utenza consiste di tutti i ricevitori militari e civili, capaci di ricevere segnali.

Il segmento di controllo è basato su 5 stazioni di monitoraggio sparse su tutta la Terra:

Queste stazioni ricevono i segnali dai satelliti, li elaborano e trasmettono ai satelliti stessi gli aggiornamenti delle orbite da seguire.

La prima, a Colorado Spring, è quella master alla quale vengono convogliati tutti i dati delle altre.

Un ricevitore standard è composto da:

La qualità di un ricevitore si valuta sulla base di alcune caratteristiche:

Il numero di canali è importante perché ogni canale può "vedere" un solo satellite per volta.

Il tipo di segnale influisce perché con ricevitori mono-frequenza si possono misurare distanze fino a 25 chilometri, con ricevitori a doppia frequenza non ci sono limiti.

I dati ricevuti dai satelliti devono poter essere registrati su floppy disk, schede, memoria interna.

Le dimensioni sono importanti per la praticità d'uso.

Il sistema satellitare possiede una tecnologia complessa, ma i concetti di base che la governano sono semplici.

I satelliti, in orbita attorno alla Terra, occupano sempre posizioni istantaneamente note.

Il ricevitore, posto su un punto sconosciuto, determina la distanza verso tutti i satelliti visibili.

Conoscendo tre o quattro di queste distanze è possibile determinare l’ubicazione del ricevitore nello spazio.

La precisione di tale determinazione dipende dalla precisione con la quale sono state determinate le distanze verso i satelliti.

Ciò rappresenta la procedura di "posizionamento assoluto" di un punto.

Per calcolare le distanze fra il punto di cui si vuol determinare la posizione ed i satelliti "visti", il ricevitore misura il tempo che delle onde radio emesse da ciascun satellite hanno impiegato per raggiungerlo.

Per quanto riguarda i satelliti, essi sono dotati di 4 orologi atomici, cioè di dispositivi che misurano il tempo sulla base delle oscillazioni di un particolare atomo.

Analoghi dispositivi non possono essere installati sui ricevitori, il cui costo deve necessariamente essere contenuto entro limiti accettabili.

I ricevitori sono costituiti da un antenna e da una apparecchiatura che comprende un orologio elettronico, un sistema per l’acquisizione, la parziale elaborazione e la memorizzazione dei dati ed un sistema generatore dei codici di frequenza.

Essi differiscono anche per il numero di canali di ricezione disponibili per ciascuna frequenza.

Importanti differenze riguardano la maggiore o minore capacità di memorizzazione e di elaborazione dei dati.

Le applicazioni della tecnica satellitare per la geodesia e per la topografia impongono l’uso contemporaneo di almeno due ricevitori.

A seconda del tipo di ricevitore e della tecnica operativa impiegata, varia anche il tempo necessario alla determinazione di una base.

Dal punto di vista operativo, l’uso della strumentazione in campagna è relativamente semplice.

Le operazioni di ricezione e memorizzazione dei dati da parte del ricevitore sono infatti quasi completamente automatizzate e gli interventi dell’operatore a questo riguardo sono ridotti al minimo.

Nel caso di rilevamenti di dettaglio, al ricevitore possono essere collegate apparecchiature ausiliarie quali, ad esempio un registratore di dati.

Per quanto riguarda la messa in stazione del ricevitore occorre tenere presente che la posizione del punto determinata dal sistema corrisponde al centro di fase dell’antenna.

A seconda del tipo di apparecchiatura, l’antenna può essere integrata con l’apparato di ricezione e formare un tutto unico con esso, oppure costituire un’unità a sé stante.

L’altezza dell’antenna è in genere calcolata dopo la misura del lato obliquo (bordo antenna – punto stazione).

Per l’esecuzione di rilevamenti di dettaglio, in cui sono da rilevare molti punti, mentre uno dei ricevitori resta fermo su una stazione di riferimento, un altro ricevitore si porta successivamente sui vari punti da rilevare.

Il trasporto dell’unità mobile può essere fatto in modi diversi in funzione del tipo di rilevamento da eseguire e delle condizioni locali.

Il rilievo col metodo satellitare si svolge in 3 fasi:

La prima fase è costituita dalla pianificazione del rilievo stesso.

Occorre sempre un sopralluogo nella zona da rilevare per evidenziare gli eventuali ostacoli.

Quindi con un apposito software si devono scegliere i periodi della giornata in cui effettuare il lavoro.

L’esecuzione delle misure è la fase più semplice nell'utilizzo del sistema.

Infatti effettuata la programmazione e stabilito l’ordine con cui rilevare i punti il lavoro in campagna può iniziare.

L’antenna posta sul punto, il ricevitore acceso, il resto è automatico.

La terza fase di lavoro, per il rilievo col metodo satellitare è l’elaborazione dei dati.

Tutti i dati registrati in campagna dai ricevitori sono trasferiti su un computer per l’elaborazione.

I programmi, forniti con la strumentazione G.P.S., riconoscono i dati registrati dai diversi ricevitori negli stessi istanti e li elaborano insieme eliminando in tal modo gli errori costanti.

Il sistema G.P.S. si sta sempre più diffondendo ed è destinato a diventare di uso comune in un prossimo futuro, nelle sue diverse applicazioni.

La stazione fissa dell'Istituto

Coordinate geografiche del centro di fase dell'antenna:

Lettera di invio delle coordinate da parte dell'I.G.M


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Le strumentazioni G.P.S.

La strumentazione utilizzata per la stazione fissa (Universal Reference Station = URS) è composta da un ricevitore doppia frequenza Trimble Geodetic Surveyor 4000 SSI, munito di antenna geodetica Choke Ring e software dedicato.

La strumentazione disponibile per il rilievo del territorio è composta da due stazioni in doppia frequenza Trimble 4700 e 4800 più una strumentazione monofrequenza per rilievi dedicati alla realizzazione del GIS.