relazione topografia

Dipartimento di Ingegneria Civile, Ambientale e Meccanica

RELAZIONE DI TOPOGRAFIA

Descrizione delle esercitazioni strumentali ed elaborazione tecnica dei dati

Corso di Laurea in Ingegneria Ambientale

A.A. 2020/2021

AUTORE:

Marta Marchiorato (Matricola 211291) 1

INDICE:

1. ESERCITAZIONI STRUMENTALI 4

1.1 Livellazione…………………………………………………………………………….……4

1.2 Stazione totale…………………………………………………………………………….4

1.3 GNSS……………………………………………………………………………………………5

2. ELABORAZIONE DATI DELLA LIVELLAZIONE 6

2.1 Esercitazione Gruppo 4 Ambientale 8/04/2019……..….………………..6

2.2 Esercitazione Gruppo 4 Ambientale 8/04/2019 - correzione….……7

2.3 Esercitazione Gruppo 4 civile 26/04/2021………..………………………….9

2.4 Esercitazione Gruppo 4 civile 26/04/2021 - correzione………..…….10

3. ESERCIZIO DI CALCOLO DELLE RETI 11

1

3.1 Mesiano A - elaborazione ………………………………………………..…...12

2

3.2 Mesiano A – elaborazione……………………………………………………..13

1

3.3 Mesiano B – elaborazione..……..…………………………………………….14

2

3.4 Mesiano B – elaborazione………………………………………………………15

4. ELABORAZIONE DI MISURE GNSS 17

4.1 VALUTAZIONE DELLA QUALITÀ DELLE OSSERVAZIONI………………...17

4.1.1 Visione satellitare/Elevation Mask.………………………………………..17

4.1.2 Dilution of precision/Number of satellite………………….……………18

4.1.3 SNR e MULTIPATH………………………………………………………………….20

4.2 POSIZIONAMENTO A PUNTO SINGOLO……………………………………….21

4.2.1 Posizionamento cinematico – Pejo…………………………………………22

4.2.2 Posizionamento punto singolo – Monte Calisio………………………22

4.3 POSIZIONAMENTO CINEMATICO…………………………………………………23

4.3.1 Posizionamento cinematico – Pejo…………………………………………24

4.3.2 Posizionamento cinematico – Monte Calisio…………………………..24

4.4 POSIZIONAMENTO STATICO ……………………………………………………….25

4.4.1 Posizionamento statico – Pejo………………………………………………..25

4.4.2 Posizionamento statico - Monte Calisio..…………………………………25

4.5 CONFRONTO E CONCLUSIONI……………………………………………………..26

2

5. TEST STATISTICO 27

5.1 Teoria del ………………………………………………………………………………27

5.2 Elaborazione reti “Mesiano A” e “Mesiano A”…………………………….27

5.3 Conclusioni ………………………………………………………………………………..28

6. ROTOTRASLAZIONE E VARIAZIONE DI SCALA 28

6.1 Trasformazione di Helmert.............................................................28

6.2 Esercizio sul problema di Helmert……………………………………………….30

6.3 Esercizio sul problema di Helmert – caso reale……………………………31

3

1. DESCRIZIONE ESERCITAZIONI STRUMENTALI

1.1 Livellazione

Lo scopo dell’esercitazione è quello di effettuare una livellazione geometrica. Si calcola il dislivello, ovvero

la differenza di quote ortometriche, tra determinati punti. Nel caso studiato i suddetti punti sono quattro e

costituiscono un circuito chiuso. La quota si definisce sfruttando il campo gravitazionale terrestre, essa

esprime la distanza lungo le linee di forza del campo tra un punto a quota incognita e la sua proiezione sul

geoide.

Per effettuare questa esercitazione si utilizza il livello, tale strumento materializza un asse di collimazione

orizzontale, in concomitanza con due stadie, poste in direzione verticale sui due punti di cui si vuole misurare

la differenza di quota. Quest’ultime sono dotate di due scale graduate di lettura sulle quali si può leggere il

valore dell’altezza dell’asse di collimazione rispetto al punto di stazionamento di esse. Dalla lettura dei valori

sulle stadie si calcola per differenza il dislivello.

Le misure vengono ripetute più volte e da operatori diversi per il singolo dislivello, utilizzando due tipologie

differenti di livellazione a seconda dei punti:

1- dal mezzo: prevede il posizionamento dello strumento circa a metà tra i due punti considerati;

2- reciproca: consiste in due battute dello stesso dislivello effettuate ponendo il livello prima vicino ad una

stadia e poi all'altra.

Al fine di ottenere una misura corretta si regola orizzontalmente lo strumento, posto su un treppiede, agendo

sulle viti calanti centrando la livella sferica. Affinché lo strumento materializzi un asse di collimazione

orizzontale è necessario che il livello sia rettificato. Lo strumento utilizzato è un autolivello, ovvero un livello

dotato di compensatori che assicurano l’orizzontalità dell’asse di collimazione.

Le stadie su cui si vanno a leggere i valori dei dislivelli sono composte da un materiale con basso coefficiente

di dilatazione termica e sono caratterizzate dalla presenza di due scale di misura, in modo tale da poter

acquisire due differenti dati di misura e poter correggere all’istante eventuali errori grossolani. Durante la

misurazione la stadia deve essere mantenuta in direzione verticale attraverso l’utilizzo di una livella sferica.

Par acquisire ogni misura à necessario che l’operatore metta a fuoco la stadia e il reticolo, agendo sulle

apposte viti di regolazione e andando a leggere la misura nei primi valori unitari. Per determinare le cifre

decimali si sfrutta la lettura a coincidenza, che consiste nella stima di quanto si debba spostare il tratto del

retino per portarlo a coincidere con una tacca sulla stadia. Questo si ottiene muovendo una lastra posta nel

percorso ottico che, grazie a una doppia rifrazione, muove l’immagine della stadia fino a che il reticolo

coincida con la tacca più vicina. Le cifre decimali sono automaticamente fornite dallo strumento attraverso

un oculare ausiliario, che tiene conto della rotazione della lastra.

Un buon indicatore per la precisione delle misure è l’errore di chiusura, ovvero la sommatoria complessiva

dei dislivelli sul circuito chiuso. Le misure effettuate possono considerarsi buone tanto più le chiusure

tendono a zero.

1.2 Stazione totale

La stazione totale è uno strumento topografico adibito a rilievi indiretti. Questo è costituito da un teodolite,

utilizzato in topografia per la misura di angoli azimutali e zenitali, integrato con un distanziometro, destinato

al rilevamento delle distanze.

Lo strumento è dotato inoltre di un computer interfaccia utente che permette di registrare le osservabili.

Lo scopo dell’esercitazione è determinare una rete di misure osservabili, che include un punto di coordinate

note valso a inquadrare il sistema di riferimento, da cui poi si ricavano le coordinate. Si calcolano poi le misure

4

zenitali e azimutali tramite i cerchi nel teodolite e le distanze dei tre punti predefiniti che descrivono un

triangolo.

La prima operazione per eseguire correttamente le osservazioni è la messa in stazione, che consiste nel

rendere l’asse primario dello strumento verticale e passante per il punto considerato, secondo i seguenti

passaggi:

1- posizionamento dell'asse primario approssimativamente sulla verticale del punto da cui si intende

effettuare la misura;

2- fissaggio della stazione totale sul treppiede;

3- regolazione, con l'ausilio di una livella sferica e delle viti calanti, della base della stazione totale per

rendere verticale l'asse primario;

4- valutazione della messa in stazione attraverso l’utilizzo di un fascio laser emesso dalla base dello

strumento facendo coincidere questo con il punto di interesse, contrassegnato da un chiodo a terra.

Se il fascio laser e il punto coincidono e la livella sferica è centrata, lo strumento è correttamente messo in

stazione ed è pronto per effettuare le misure.

Ogni operatore effettua almeno una procedura tra stazionamento e collimazione, in modo tale da realizzare

misure ridondanti tali da garantire il controllo della precisione tramite una compensazione ai minimi quadrati.

La compensazione della rete di angoli e distanze ottenuta dal rilievo topografico viene eseguita con l’ausilio

del programma Gama.

1.3 GNSS

Il GNSS è acronimo di Global Navigation Satellite System, ed è un sistema di posizionamento e navigazione

che comprende vari sistemi satellitari. Nell’esercitazione svolta si utilizza il GPS, sistema satellitare

statunitense, lo scopo è quello di determinare le coordinate di determinati punti di interesse attraverso tale

sistema.

Tale misura è eseguita attraverso il software NRTK mediante collegamento al catasto della provincia di

Trento, si deve inoltre conoscere l’altezza strumentale, ovvero la differenza di quota tra il ricevitore GPS e il

punto d’interesse, la quale si misura per mezzo di un’asta metrica. Il sistema GPS permette di calcolare le

coordinate del punto sul quale si staziona attraverso le distanze che intercorrono tra il rilevatore a terra e la

costellazione di satelliti che transita in orbita, della quale si conosce la posizione.

Per la misura della distanza tra ricevitore e satellite, quest’ultimo invia un segnale, che può essere

interpretato come un codice che contiene l’informazione dell’orario di partenza, al ricevitore in grado di

calcolare il tempo di percorrenza del segnale e quindi, di conseguenza, la distanza in quanto è nota la

velocità media del segnale e l’indice di rifrazione atmosferico.

Esiste un numero minimo di satelliti necessari al ricevitore per effettuare le misure delle coordinate, in

quanto si necessità di tre misure di tipo posizionale ed una di tipo temporale, riguardante l’errore tra gli

orologi dei satelliti e quello del ricevitore.

Risulta importante specificare anche che l’accuratezza della misura ottenuta con tale sistema è in gran

parte funzione dell’ambiente circostante e delle condizioni climatiche del luogo, in quanto vegetazione,

edifici e cielo non terso compromettono l’intensità del segnale che arriva al ricevitore.

5

2 ELABORAZIONE DATI DELLA LIVELLAZIONE

In questa sezione vengono presentate le tabelle di elaborazione dei dati raccolti in due esercitazioni

strumentali con il livello: vengono elaborati i dati raccolti dal Gruppo 4 Ambientale il giorno 8/04/2019 e i

dati raccolti dal Gruppo 4 Civile il giorno 26/04/2021. Tali esercitazioni consistono nel rilievo di una rete di

misure di livellazione formata da un anello lungo il quale sono state eseguite quattro battute concatenate:

tre di queste sono state eseguite con il metodo della livellazione dal mezzo mentre l’altra è stata eseguita

con il metodo della livellazione reciproca (quindi due battute dello stesso dislivello ma con il livello posto

prima vicino ad una stadia e poi vicino all’altra).

L’elaborazione presente in questo paragrafo è stata svolta attraverso l’uso di un foglio elettronico,

mediante il quale si è andato a verificare e quantificare la compatibilità tra ripetizioni di misurazioni

effettuate sullo stesso dislivello, l’errore di chiusura di tali misurazioni e l’eventuale presenza di errori

grossolani.

Di seguito sono riportate le tabelle relative ad ogni battuta di livellazione e tutte le misurazioni e quindi

anche i relativi valori calcolati sono espressi in centimetri.

2.1 Gruppo 4 Ambientale 8/04/2019

1° battuta: Livellazione dal mezzo

Osservatore 1 Osservatore 2 Osservatore 3

113,35 414,90 113,29 414,90 113,31 414,85 Lettura indietro cm

81,87 383,37 81,87 383,38 81,85 383,43 Lettura avanti cm

-31,48 -31,53 -31,43 -31,52 -31,46 -31,42 Dislivelli cm MEDIA -31,472 cm

-0,01 -0,06 0,05 -0,04 0,01 0,05 Scarti cm

0,0001 0,0034 0,0022 0,0019 0,0001 0,0027 Scarti cm 0,0415 cm

σ

^2 ^2

1 1 1 1 1 1 Indice di utilizzo DATI 6

2° battuta: Livellazione dal mezzo

Osservatore 1 Osservatore 2 Osservatore 3

171,36 472,89 171,31 472,91 171,35 472,92 Lettura indietro cm

114,63 416,19