Le
Stazioni Permanenti GPS
Le stazioni
permanenti denominate GNSS (Global Navigation Satellite
System), sono delle installazioni dotate di strumentazioni
particolarmente sofisticate, composte da un ricevitore satellitare
di tipo geodetico con adeguate caratteristiche, collocate
in zone esenti da disturbi (fonti di emissioni di onde elettromagnetiche
e radiotelevisive), dove la ricezione dei segnali satellitari
è buona in ogni ora della giornata e in ogni periodo
dell’anno; il punto dell’installazione è
noto e calcolato con grande precisione. Fra le strumentazioni,
sono presenti anche tutte le attrezzature atte a memorizzare,
elaborare ed eventualmente trasmettere i dati grezzi ricevuti
o loro particolari elaborazioni. In Italia le prime installazioni
di Stazioni Permanenti, risalgono al 1996, e il loro numero
èandato via via aumentando fino a costituire delle
vere e proprie reti di tipo locale, Nazionale e addirittura
globale. Di solito queste installazioni di ricevitori si
trovano presso enti di ricerca, università, o istituti
di istruzione secondaria, enti locali (regioni, province
etc.) e sono da essi gestite in base ai loro fini istituzionali.
L’ASI (Agenzia Spaziale Italiana) oltre a gestire
direttamente varie stazioni permanenti svolge, anche un’azione
molto utile di coordinamento e supporto. Di recente sono
state fatte installazioni di stazioni permanenti anche a
cura di aziende che, operando sul territorio per varie ragioni,
hanno sentito la necessità di dotarsi di un loro
sistema di rilevazione e controllo. In Italia dette stazioni
permanenti oggi installate sono circa un centinaio, e distribuite
per il momento in maniera non del tutto omogenea. La maggioranza
di queste installazioni sono riferite a satelliti tipo GPS
(sistema USA Navstar), ma sono presenti anche alcune stazioni
che tracciano i satelliti del sistema GLONASS (di impianto
Russo). Il sistema di una stazione permanente, ècomposto
dalle seguenti parti: • Un’antenna geodetica
choke-ring con alta immunità al multipath (ridondanza
del segnale • GPS riflesso da superfici speculari),
e alta sensibilità del centro di fase; • Un
ricevitore doppia frequenza di elevate prestazioni; •
Un orologio esterno al rubidio con prestazioni superiori
ai normali orologi interni ai ricevitori; • Una centralina
meteo che fornisce con continuità dati di pressione,
temperatura e umidità relativa; • Una unità
di smistamento in grado di inviare i dati di correzione
e i dati di osservazione (raw data) su più canali
radio-modem e su più canali GSM; 6. Un computer che
ha il compito, mediante apposito software, di gestire la
stazione svolgendo le funzioni di colloquio e di scambio
dati tra le varie componenti del sistema, gestione del monitoraggio
della visibilità dei satelliti, traduzione e archiviazione
dei dati acquisiti, generazione di allarmi in caso di malfunzionamento
di alcune parti, gestione del collegamento Internet. Tutto
il sistema deve essere rigorosamente alimentato mediante
un gruppo di continuità che garantisca il funzionamento
anche per lunghi periodi di assenza di energia elettrica
della normale rete di distribuzione; importante inoltre
la presenza di dispositivi di protezione dalle scariche
elettriche.
Le stazioni satellitari permanenti possono
essere utilizzate per vari scopi sia di ricerca che ingegneristici.
Utilizzo Geodetico e Geodinamico.
In questo caso le osservazioni delle stazioni vengono utilizzate
per il controllo e la gestione del 'sistema di riferimento'
(datum) cioè di tutte quelle regole e misure atte
a determinare la posizione nello spazio e nel tempo di punti
della superficie terrestre. Le misure effettuate dalle stazioni
permanenti contribuiscono al mantenimento della realizzazione
ITRF (International Terrestrial Reference Frame) nel sistema
internazionale di riferimento convenzionale e in particolare,
nel caso dell'Europa, al mantenimento della rete ETRF2000,
ultima realizzazione del sistema internazionale Europeo
EUREF.
Le stazioni permanenti GNSS sono usate anche per scopi di
geodinamica sia a scala globale che continentale o locale;
molti degli enti coinvolti nella definizione e mantenimento
del sistema di riferimento sono anche interessati allo studio
e determinazione delle deformazioni della crosta terrestre
e della loro velocità. Di recente sono state istituite
sottoreti locali per studiare fenomeni di spostamento precursori
di potenziali terremoti.
Uso cartografico e topografico.
Le stazioni permanenti GPSS possono dare un valido contributo
a tutte le applicazioni ingegneristiche che prevedono l'esecuzione
di misure sul territorio, prime fra tutte le applicazioni
che a noi Geometri sono strettamente legate, quelle cartografiche
e topografiche.
Molte stazioni permanenti mettono a disposizione su Internet
i dati relativi alle osservazioni registrate con varie campionature
(da un secondo, cinque, dieci) e costituiscono ottimi punti
di riferimento per l'esecuzione di rilievi mediante tecniche
DGPS statiche o statico-rapide. La qualità dei dati
dovrebbe essere garantita poiché si tratta di stazioni
dotate di ottimi ricevitori, ma a volte accade che i dati
non possono essere consultati, in quanto alcune gestioni
di dette stazioni permanenti sono lasciate alla gestione
di personale poco esperte, arrecando non pochi disagi all'utenza
esterna di riferimento.
Il topografo può sfruttare le stazioni permanenti,
nel caso in cui il rilievo da eseguire si trovi ad una distanza
media tra i 15 -20 Km dal punto di installazione della stazione
fissa, essa può essere assunta come riferimento per
un rilevo di tipo statico o statico rapido; in tal caso
si può eseguire un rilievo di tipo differenziale
(calcolo in postprocessing) anche disponendo di un solo
ricevitore che viene configurato come rover . I dati di
stazione di riferimento per l'esecuzione dei calcoli di
postprocessing saranno prelevati successivamente con semplice
collegamento Internet con l'opportuno sito. Ovviamente se
più di una stazione permanente è disponibile
si possono sfruttare vantaggiosamente tutti i dati per aumentare
la ridondanza delle misure.
Utilizzazione delle stazioni permanenti per rilievi in RTK.
Sono in continuo aumento le stazioni permanenti che offrono
il servizio per applicazioni cinematiche in tempo reale
RTK, che prevedono l'uso di stazioni inquadrate nel riferimento
Nazionale; in questo caso la stazione permanente fornisce,
via radio-modem o mediante telefonia GSM, le correzioni
differenziali (di fase e codice) al ricevitore rover il
quale è così in grado di posizionarsi con
sufficiente precisione. Il formato più adatto per
la trasmissione delle correzioni è l'RTCM che garantisce
la leggibilità da parte di tutti i ricevitori GPS.
Un servizio del tipo descritto viene fornito attualmente
in maniera organica dalla società TIM che gestisce
una parte della telefonia mobile e che dispone al momento
di 23 stazioni geodetiche permanenti distribuite in tutto
il territorio Nazionale.
Importante sapere che il posizionamento cinematica in tempo
reale degrada in precisione in maniera inaccettabile a distanze
superiori a 10-15 Km. Infatti a tali distanze l'effetto
degli errori sistematici è tale da non permettere
la determinazione delle ambiguità di fase, oppure
tali ambiguità di fase vengono calcolate in maniera
errata. Recentemente è stato possibile ovviare a
questo inconveniente, senza dover ricorrere a installazioni
più fitte di stazioni permanenti, eseguendo un modello
matematico-spaziale degli errori sistematici rilevati nel
complesso delle stazioni costituenti la rete e applicandolo
ad una posizione approssimata al ricevitore mobile oppure
creando una stazione virtuale situata in una posizione più
prossima al ricevitore. Con questa metodologia risulta possibile
operare col posizionamento cinematico in tempo reale ottenendo
una precisione adeguata anche con stazioni permanenti poste
ad una interdistanza di 60-70 Km. Comunque anche per chi
dispone di tale modello si consiglia sempre di effettuare
qualche verifica di riscontro su alcuni punti rilevati,
per avere sempre il concerto dei sistemi effettivo - virtuale.