Appunti Geomatica

PROGETTAZIONE CAD

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4 CFU 8 settimane di lezione. Ultima lezione martedì 17 novembre.

Esame orale per verificare le conoscenze teoriche e sulla discussione degli elaborati.

Lezione 1 28/09/2020

Le grandezze oggetto delle misure sono:

- dislivelli

- distanze

- angoli azimutali

- angoli zenitali

Gli strumenti topografici:

- il treppiede

- la basetta

- il cannocchiale topografico

- le livelle

- il livello

- i distanziometri elettronici

- il teodolite

Errori:

- le misure e l’ambiente reale

- sensibilità e precisione degli strumenti di misura

- definizione di errore accidentale

- analisi statistica dei risultati di n misure ripetute

- s.q.m. scarto quadratico medio

- trattamento delle misure indirette

Il rilievo topografico classico viene distinto in due parti: nella parte planimetrica e nella parte

altimetrica. Il rilievo è un insieme di vertici che permette di definire il sistema di riferimento sul

quale vengono definite le misure e che servirà per la restituzione.

Nel sistema di posizionamento satellitare GNSS invece si basa sul sistema GNSS. Le reti di

riferimento si distinguono in reti statiche e reti dinamiche.

I rilevamenti 3D utilizzano scansioni Laser terrestri, fotogrammetria terrestre e fotogrammetria

aerea speditiva con acquisizioni da droni.

EVOLUZIONE DEI SISTEMI E DEGLI STRUMENTI DI MISURA 1

Misura dei dislivelli

il livello serve per la misura accurata dei dislivelli. Si misurano con i livelli digitali con stadia

codificata, in cui la lettura viene fatta in modo automatico per correlazione di immagini e viene

registrata. Il metodo con cui vengono registrati è la livellazione geometrica dal mezzo.

Dislivello= differenza tra i due punti di quota a e b= lettura in avanti – lettura indietro

Vantaggi:

1. elimino l’influenza dell’errore residuo di orizzontalità della linea di mira

2. elimina l’effetto della rifrazione atmosferica

3. consente di non fare alcuna ipotesi sulla superficie di riferimento

Con questi strumenti si misurano gli elementi geodetici:

a. Caposaldi di livellazione: sono posti in genere vicino a edifici storici in modo da rimanere

efficienti nel tempo. Costituiscono la rete di livellazione. Queste reti possono anche essere

locali. Ogni punto è associato a una quota (m) e s.q.m. scarto quadratico medio (mm).

Vi è stato un passaggio dai teodoliti, i quali sono misuratori di angoli, ai distanziometri i

quali permettono la misura delle distanze. Con l’evoluzione della tecnologia i distanziometri

sono stati sostituiti dalla stazione totale o stazione integrata che permette la misura di

angoli e distanze. I tempi di misura sono molto più veloci.

La stazione integrata ha la stessa struttura dei teodoliti ottico-meccanici tradizionali. Sono

dotati di un distanziometro elettro-ottico generalmente utilizzante lo stesso cannocchiale di

collimazione per l’invio e la ricezione del segnale di misura della distanza, di un

microprocessore interno che presiede alle seguenti operazioni: misura delle distanze, misura

degli angoli, registrazione dei valori misurati, calcolo di elementi vari come la distanza

ridotta all’orizzonte e i dislivelli, visualizzazione dei dati rilevati e/o calcolati, correzione

automatica delle letture ai cerchi per effetto degli errori residui.

Come per i caposaldi verticali, anche per la parte planimetrica ci sono delle reti di riferimento. La

rete italiana è la rete geodetica italiana del 1° ordine. Ognuno dei vertici di questa rete ha una

monografia, cioè una scheda che viene archiviata con le coordinate del punto. Questi vertici

trigonometrici sono realizzati in calcestruzzo, possono essere a livello del terreno oppure su pilastri.

b. Rete principale di inquadramento

operazioni topografiche classiche per il progetto, esecuzione e calcolo di reti

trigonometriche di varie dimensioni per l’inquadramento di rilievo o per controlli

deformativi su elementi naturali o antropici.

Il risultato del calcolo di una rete è l’elenco dei vertici con coordinate nord e est, ognuna

delle quali è accompagnata dallo s.q.m. e quindi dalla precisione di quel punto.

Ogni punto deve essere monografato e quindi si deve compilare una scheda con

posizionamento e informazioni varie.

IL SISTEMA GNSS (Global Navigation Satellite System) 2

Sono satelliti in orbita intorno alla terra che inviono dei segnali. Questi segnali vengono ricevuti dai

nostri strumenti. Il sistema di posizionamento satellitare GNSS è basato sulla ricezione di segnali

radio emessi da una costellazione di satelliti artificiali in orbita attorno alla Terra.

Il sistema è stato progettato in maniera da permettere in ogni istante e in ogni luogo del nostro

pianeta il posizionamento tridimensionale di oggetti, anche i movimento.

Il segmento utente è formato da tre parti:

- antenna con amplificatore

- sistema di registrazione dati e schermo di controllo

- sistema di alimentazione

Metodi di posizionamento mediante misure GNSS:

Il posizionamento può avvenire seguendo strategie diverse :

• Assoluto: vengono calcolate le coordinate del punto.

• Relativo: vengono determinate le componenti del vettore (baseline) che unisce due punti.

In questo caso sono necessarie misure simultanee nei due punti.

Le misure possono essere di due tipi:

 Statiche: l’antenna rimane sul punto per un certo periodo di tempo.

 Cinematiche: l’antenna è in continuo movimento.

Le modalita’ con cui vengono eseguite le misure possono essere differenti:

 Misure di codice: si basano sui codici che modulano i segnali trasmessi dai satelliti.

 Misure di fase: si basano sulle fasi delle portanti L1 e L2 dei segnali trasmessi dai satelliti.

Posizionamento relativo:

L’utilizzo di una tecnica differenziale per il posizionamento di un punto permette di stabilire la sua

posizione rispetto ad un altro punto (posizionamento relativo).

Nel posizionamento relativo, l’obiettivo è la determinazione delle componenti del vettore, definito

“baseline” che unisce i due punti.

Il posizionamento relativo con le misure GNSS è possibile solo a patto che siano state eseguite

misure simultanee su almeno due punti.

Il vettore baseline che congiunge due punti A e B può essere definito nel seguente modo:

B

A

RETE STATICA FONDEMANTALE ITALIANA

- RETE IGM95

Composta all’impianto da 1230 punti con interdistanza media 20 km.

Determinata interamente con metodologia GPS.

Oggi raffittita ad oltre 2000 punti.

Altri 3000 punti aggiunti dal raffittimento regionale a 7 km.

Precisione di 5 cm.

- RETI NRTK

In Italia le prime reti NRTK nascono nei primi anni 2000 a livello regionale.

- Rete Dinamica Nazionale (RDN) 3

Composta da 100 stazioni omogeneamente distribuite con interdistanza media circa 100150 km.

Stazioni appartenenti ad Enti Pubblici che inviano giornalmente i dati al Centro di Calcolo

dell’IGM.

L’integrazione delle varie strumentazioni attuali e di corrette metodologie di misura + la corretta

applicazione di adeguate tecniche di elaborazione dei dati consentono una maggiore produttività ed

accuratezza dei risultati.

La nuvola di punti può essere misurata mediante laser a scansione, GPS e stazione totale.

Riprese fotogrammetriche mediante l’utilizzo di SAPR (Sistemi Aeromobili a Pilotaggio

Remoto) o UAV (Unmanned Aerial Vehicles):

La metodologia prevede acquisizioni di immagini con SAPR dotati di un sistema di pilotaggio da

terra controllato tramite ricevitori satellitari GNSS che permettono l’esecuzione delle strisciate

fotogrammetriche secondo un preimpostato piano di volo.

La geometria delle immagini viene ricavata dalle caratteristiche delle camere montate a bordo

mentre gli orientamenti esterni usufruiranno anche dei punti di appoggio di coordinate note sul

terreno misurati con metodologie satellitari appoggiate alla rete di inquadramento.

Lezione 2 29/09/2020

STRUMENTI E MISURE TOPOGRAFICHE CLASSICHE

Tre categorie fondamentali di strumenti:

- LIVELLI: misuratori di dislivelli o differenze di quota

- TEODOLITI: misuratori di angoli azimutali e zenitali

- DISTANZIOMETRI ELETTRONICI: misura diretta delle distanze

QUOTA ORTOMETRICA: distanza da una superficie di riferimento misurata sulla verticale per il

punto stesso.

GEOIDE: la superficie di riferimento per le quote ortometriche.

Anche definita superficie del mare in quiete, supposta estesa anche al di sotto delle terre emerse.

Una delle infinite superficie equipotenziali del campo delle gravità.

Si tratta di una superficie abbastanza irregolare che segue l’andamento del campo della gravità. Il

geode è una delle superficie equipotenziali, per cui ogni zona decide il suo geoide.

Per l’Italia si fa riferimento al punto sul porto di Genova. Per l’Europa si fa invece riferimento al

punto mareografico posizionato sul porto di Amsterdam.

DISLIVELLO: la differenza quotaA - quotaB.

Per punti distanti fra loro <meno di 100 m, le verticali (direzione verso il centro di massa della

terra) si possono considerare parallele e la superficie del geoide può quindi essere considerato come

un piano tangente alla superficie schema semplificato.

ANGOLI AZIMUTALI E ZENITALI

Due tipologie di angoli che fanno riferimento alla giacitura orizzontale azimutale

giacitura verticale angolo zenitale 4

Definiti i punti A, B e C si possono individuare due piano, l’angolo passante per i

due piani è l’angolo azimutale.

ANGOLO AZIMUTALE: angolo diedro definito dai due piani πB e πC e che ha

per spigolo la verticale V

Gli angoli zenitali hanno giacitura al piano verticale.

ANGOLO ZENITALE: dati due punti sul terreno S e P, è l’angolo formato dalla

verticale per il punto S e dalla congiungente i punti S e P.

La somma di angolo zenitale e angolo azimutale fa 90°.

distanze zenitali Z

angolo orario tra semiretta Zenith-Nadir per portarsi nella

direzione SP;   

campo di variazione 0 Z

altezze angolari A

o angolo di elevazione

assume segno positivo sopra l’orizzonte e negativo sotto;

  /2

varia tra: -/2 A

I raggi luminosi si propagano nell’aria, con indice di

rifrazione variabile, le rifrazioni fanno incurvare le

traiettorie, normalmente con concavità verso il basso.

Zv = Za + ε dove ε = angolo di rifrazione.

Z =Z + angolo di rifrazione

reale apparente

DISTANZE

Distanze reali: segmenti congiungenti in linea retta i punti in esame.

Per convenzione vengono indicate con d*.

Con il termine distanza (d) si indica invece la distanza topografica., ossia la proiezione della

distanza reale sulla superficie di riferimento.

La materializzazione dei punti

Come punti A, B, C .... del terreno vengono materializzati nella

realtà. 5

Esempio di misura di un angolo azimutale; uno strumento, il teodolite, in A osserverà gli altri due

punti B e C. Il punto A, si chiama punto di stazione, e i punti B e C sono i punti collimati.

Il punto di stazione A può essere costituito da: picchetto in legno, punto su un muro oppure

posizionato su una colonnina