La stazione geodetica permanente GNSS/RTK di Crescentino
STAZIONE GEODETICA CRE1
L'Istituto superiore Piero Calamandrei è nella rete test di stazioni permanenti GPS per il posizionamento Multi Reference Station del Politecnico di Torino
La stazione geodetica permanente GNSS/RTK(Global Navigation Satellite System/Real Time Kinematic) è installata sulla copertura dell’ Istituto Superiore “ Piero Calamandrei”, sezione geometri in Via Dappiano 63, Crescentino (Vercelli).
La località di Crescentino è stata scelta perché si colloca in una posizione strategica nella maglia della rete di stazioni permanenti del Politecnico di Torino: baricentrica tra le stazioni di Biella, Novara, Alessandria, Asti, Torino e Castellamonte.
L’individuazione del sito è tale da garantire i requisiti fondamentali richiesti:
– buona visione satellitare all’orizzonte e comunque assenza di ostacoli in un cono di visibilità (cut-off) di non più di 5° sull’orizzonte;
– assenza di interferenze elettromagnetiche nella banda delle frequenze GPS e Glonass;
– assenza di superfici riflettenti al fine di evitare percorsi multipli del segnale ( multipath).
Alle nostre latitudini non ci sono satelliti verso la direzione del Nord, per cui possono essere ammessi ostacoli di limitata estensione unicamente in questa direzione.
Il sito è stato monitorato prima dell’installazione e non sono stati rilevati valori anomali circa le interruzioni di ricezione (cycle slip).
La materializzazione del sito dell’antenna è stata realizzata con un palo in acciaio inox ancorato, nel sottotetto, mediante staffe alla struttura portante dell’edificio. Alla sommità del palo è stata saldata una piastra provvista di tre viti calanti equispaziate di 120° che permettono la regolazione dell’orizzontalità. Sulla piastra è ancorato il vitone di fissaggio dell’antenna.
L’utilizzo della stazione permanente
Le stazione permanente GNSS costituisce un utile ed affidabile vertice geodetico di riferimento perché, con continuità 24 ore su 24 produce, archivia e distribuisce all’utente i dati di codice, di fase e, all’interno della rete RTK con l’ approccio MRS (Multi Reference Station), consente l’invio di correzioni differenziali in tempo reale.
La stazione può essere usata per misure di codice e di fase sia in post-elaborazione, sia in tempo reale all’interno della rete nella quale è inserita.
Le misure di codice, eseguite con la sola componente impulsiva del segnale, sono utilizzate per un posizionamento in “tempo reale” di bassa precisione, applicabile solo all’interno di una cartografia, generalmente in un sistema GIS.
Le misure di fase, nella modalità differenziale senza correzioni in tempo reali, utilizzando una stazione master e un ricevitore rover possono raggiungere una precisione adeguata alle modalità impiegate, purchè siano successivamente elaborate, trattando i dati, generati dai ricevitori alla stessa epoca. Questa procedura, se si vuole la precisione millimetrica, può risultare non produttiva.
Con la stazione permanente, se inserita in una rete RTK, è possibile ricevere i dati di misura corretti in tempo reale (Real Time Kinematic) degli errori sistematici (bias) ed espressi nelle coordinate assolute del sistema cartografico, riducendo così la permanenza del rover sul punto da rilevare, eliminare il postprocessamento dei dati, perché già forniti con alta precisione, aumentando quindi la produttività. Le correzioni differenziali sono fornite in tempo reale all’utilizzatore in quanto diffusi in rete internet all’ IP 88.54.137.219 e porta numero 2101.
Per maggior chiarezza, si può affermare che la stazione permanente, pur essendo ugualmente utilizzata per il posizionamento in postelaborazione, raggiunge la sua massima produttività se impiegata nel rilievo in tempo reale con le correzione differenziali applicate al rover, spesso montato su palina.
Il posizionamento in tempo reale permetterà agli utenti, forniti di un solo ricevitore GNSS rover predisposto, attraverso una porta seriale, di ricevere le correzioni differenziali via GSM o GPRS, di procedere speditamente e di conoscere immediatamente la propria posizione nel sistema di riferimento adottato.
Operando in modalità di tracciamento ed introducendo le coordinate dei punti del terreno appartenenti al reticolo da rilevare, il sistema confronta le coordinate introdotte con le coordinate del punto in cui si trova l’operatore e fornisce le indicazioni numeriche e grafiche per raggiungere il punto desiderato.
Quanto detto è possibile per un raggio massimo di circa 15 km da stazione e numerosi possono essere gli utenti contemporaneamente collegati.
Pensando ad un utilizzo sia professionale, sia didattico con le positive ricadute sul territorio, si possono riassumere gli utilizzi della stazione permanente, secondo macro argomenti:
– emanazione di caposaldi per il tracciamento di opere civili;
– individuazione di confini catastali;
– esecuzione di riconfinamenti e frazionamenti;
– ricalcalo ed emanazione di nuovi Punti Fiduciali;
– tracciamento di profili e sezioni;
– recupero di siti archeologici;
– aggiornamento di sistemi informativi territoriali;
– protezione civile;
– appoggio fotogrammetrico;
– geofisica.
Il ricevitore
La stazione della sezione geometri dell’ Istituto Superiore “ Piero Calamandrei” è dotata di un ricevitore TOPCON ODYSSEY – RS con le seguenti principali caratteristiche:
– tracking di 40 canali paralleli che possono ricevere ì codici civili C/A, militari P e tutti i segnali di fase delle frequenze L1 o L2 appartenenti alle costellazioni GPS o GLONASS;
– ciascun canale ospita 4 correlatori che, durante l’inizializzazione del sistema , funzionano come canali indipendenti, cercando quindi informazioni, per ogni millisecondo, su un totale di 160 canali;
– precisione planimetrica per rilievi in modalità di posizionamento statico e statico – veloce pari a 3 mm +/- 1ppm;
– 3 porte seriali, delle quali una è per le correzioni differenziali;
– registrazione di dati all’interno del ricevitore per più di 200 ore e possibilità di trasferire i dati in tempo reale al server;
– dati in uscita in formato proprietario e trasformabili in RTCM 3, RTCM 2, CMR + NMEA;
– consumo 3.0 Watt;
– riavvio automatico in seguito ad una caduta di tensione con la medesima configurazione presente prima dello spegnimento forzato;
– possibilità di acquisizione dati meteo;
– predisposto per l’aggiornamento alla ricezione dei segnali della prossima costellazione europea GALILEO.
L’antenna
La stazione è dotata di un’antenna TOPCON choke ring TPSCR3_ GGD CONE ad alta stabilità del centro di fase per le frequenze L1 e L2 con precisione entro 1 mm.
Un’altra importante caratteristica di un’antenna GPS è la sua capacità di rifiutare i segnali che sono riflessi dalla superficie sottostante. Questa caratteristica, che si chiama “eliminazione del multipath”, ha imposto di montare un’antenna su base “choke ring” .
Il requisito fondamentale, necessario all’antenna per lavorare anche quando è soggetta a forti segnali radio fuori – banda, è stato ottenuto attraverso i filtri che separano ciascuna delle bande L1 e L2.
Altre caratteristiche sono: diametro di 32,6 cm, spessore 10,1 cm, guadagno di 32 +/- 2 dB, impedenza d’uscita di 50 Ohm.
L’antenna ed il ricevitore sono collegati con un cavo che rispecchia gli standard internazionali UNAVCO: connettore tipo TNC al ricevitore e connettore tipo N all’antenna.
Al fine di salvaguardare il ricevitore dagli effetti di un fulmine, lungo il cavo è installato uno scaricatore di tensione.
Il PC server
Il computer, dotato di un gruppo di continuità, funziona da server FTP per le correzioni differenziali necessarie al posizionamento cinematico in tempo reale.
Il ricevitore GNSS è connesso al computer attraverso una porta seriale. I software di controllo Meridiana SAT e PC CDU consentono la registrazione dei dati direttamente sul PC.
Il PC server è una WORKSTATION Fuijtsu-Siemens collegata al rooter dell’ Istituto attraverso una porta indipendente ed ha le seguenti principali caratteristiche: processore CELSIUS M450 Intel Core Duo 2,6 Ghz, ram 2GB, hard disk 250 GB, sistema operativo Wundows XP Pro 64 bit, masterizzatore DVD, un hard disk esterno per le operazioni di backup.
Il software Meridiana SAT permette inoltre di controllare le funzionalità del ricevitore, selezionare la porta ove inviare le correzioni RTK, impostare le epoche di campionamento, impilare ed archiviare i dati, di ora in ora, nel formato RINEX.
Attualmente l’utente può scegliere dati con epoche di campionamento a 5 e 30 secondi.
Destinatari
– Allievi geometri e periti di altri Istituti Tecnici per Geometri, ITIS o IPSIA per progetti didattici.
– Allievi ingegneri, architetti, dottori in scienze geologiche per rilievi d’inquadramento e di dettaglio.
– Enti di ricerca: Dipartimento di Ingegneria del Territorio, dell’Ambiente e delle Geotecnologie (DITAG) c/o Politecnico di Torino.
– Ufficio Cartografico Regionale.
– Progetto europeo EUREF (EUropean REference Frame).
– Professionisti topografi, ingegneri, geologi, geometri, operatori GIS ed esperti in telecomunicazioni.
– Agenzie Regionali ARPA per la prevenzione e la riduzione dei rischi antropici e naturali.
– Operatori nel recupero ambientale, rilievi di aree degradate, prevenzione del rischio geologico, localizzazione di frane e dissesti idrogeologici per successivi monitoraggi.
– Agenzie del territorio.
– Protezione civile.
– Aziende e servizi municipalizzata per il posizionamento di nuovi impianti e la verifica di reti esitenti.
– Gestori di reti di telecomunicazioni .
Ricadute interne
• Collaborazioni con Comuni, Enti privati e pubblici che svolgono prevalentemente attività correlate al territorio e in generale con il mondo del lavoro.
• Collaborazioni con Agenzie Formative in modo che la crescita culturale risulti alla fine generalmente condivisa.
• Attività di formazione e applicazione delle misure GNSS sul bene culturale assunto come oggetto dell’area di progetto: conoscere il territorio di Crescentino, del Vercellese, del Chivassese e del comprensorio della fortezza di Verrua Savoia.
• Esigenza di introdurre all’interno del piano didattico-formativo del corso geometri strumenti di insegnamento innovativi, che tengano conto delle tecnologie emergenti in ambito professionale.
• Professionalità nell’uso di strumenti altamente evoluti per un’analisi approfondita delle realtà territoriali locali.
• Condivisione dei dati e delle esperienze con le altre stazioni GNSS piemontesi attualmente idonee per NRTK (Network Real Time Kinematic).
• Aggiornamenti della cartografia esistente e dei sistemi GIS con ricevitori palmari, infatti anch’essi possono trarre vantaggio dalla presenza di un’infrastruttura di rete sul territorio.
• Aggiornamenti catastali con l’ultima release di Pregeo.
Ricadute esterne
Le stazioni permanenti GNSS coordinate in reti per l'uso in tempo reale interessano un ampio spettro di discipline scientifiche, oltre che di applicazioni per la gestione del territorio di rilevante interesse per la collettività.
Ricordiamo:
• Costruzioni di reti d’inquadramento: trilaterazioni e poligonazioni.
• Piani quotati per progetti di spianamenti e sistemazioni in scavo e riporto.
• Definizione di una rete italiana di caposaldi per misure geodetiche di elevata precisione.
• Ricerche scientifiche e analisi geodetiche in connessione con le altre stazioni permanenti GPS appartenenti alle reti regionali.
• Servizio operativo per professionisti e società che operano nell’area circostante.
• Aggiornamento di sistemi informativi territoriali (SIT – GIS)
• Individuazione di confini catastali e ricomposizione dell’archivio di mappe.
• Rilievo cinematico per il catasto strade.
• Georeferenziazione di immagini telerilevate.
• Georeferenziazione di mappe storiche.
• Rilievo di scavi archologici
• Tracciamenti di strade e ed opere di ingegneria primaria.
• Tracciamento di opere di bonifica.
• Tracciamento di opere idrauliche.
• Rilievi di sezioni e profili di alvei storici di corsi d’acqua
• Rilievi di bacini e di alvei.
• Monitoraggio di aree franose.
• Rilievi cinematici della tipologia stop and go per la costruzione di curve di livello.
• Appoggio fotogrammetrico.
• Misura di deformazioni.
Si ringraziano la FONDAZIONE CRT e la CONFINDUSTRIA VERCELLI VALSESIA, che hanno sostenuto finanziariamente il progetto della stazione permanente GNSS di Crescentino.
Un particolare ringraziamento è rivolto al responsabile della rete RTK ing. Ambrogio Manzino, docente alla Facoltà di Ingegneria del Politecnico di Torino, e all’ ing. Bruno Laione, dirigente scolastico dell’ Istituto Superiore Calamandrei di Crescentino.
Il docente di Topografia e Fotogrammetria e referente della stazione: ing. Maurizio Natta
La Stazione Geodetica
Il computer, dotato di un gruppo di continuità, funziona da server FTP per le correzioni differenziali necessarie al posizionamento cinematico in tempo reale.
