Appunti Geomatica

SISTEMI DI RIFERIMENTO: LE RETI GEODETICHE NAZIONALI E LOCALI

Superfici di riferimento e Coordinate

La determinazione delle posizioni è stata tradizionalmente scissa in due componenti: verticale e orizzontale. Ciò ha implicato che nel contesto classico siano definiti due sistemi distinti di riferimento geodetico.

Le superfici di riferimento comunemente utilizzate in geodesia sono l'ellissoide biassiale di rotazione per la componente orizzontale ed il geoide (superficie equipotenziale del campo gravitazionale della Terra) per la componente verticale.

La prima ha una definizione puramente geometrica mentre il geoide ha una definizione fisica.

N = differenza tra quota ellisoidica (h) e quota geoidica (H) è l'anomalia del geoide.

Il geoide e l'ellissoide non sono paralleli, e l'anomalia N cambia anche tra punti posti a distanze brevi (p.e. 150/200 m). Non si tratta quindi di una costante, poiché il geoide non è costante e cambia in base alla

Forza di gravità. Definizione del sistema planimetrico

Un datum planimetrico rappresenta il modello matematico della Terra che usiamo per definire le coordinate geografiche dei punti: è costituito da un certo numero di parametri che definiscono:

• forma dell'ellissoide
• orientamento dell'ellissoide

Ad un datum planimetrico occorre aggiungere una rete compensata di punti, estesa sull'area di interesse, che lo materializza (realizzazione del datum). È un sistema di riferimento che veniva utilizzato con il sistema di rilevamento classico.

Il datum planimetrico, e quindi forma e orientamento dell'ellissoide, vengono definiti tramite numeri.

Perché un sistema di riferimento possa essere utilizzato occorre che il datum sia materializzato, per cui si deve associare al datum una rete di riferimento che materializza questo insieme di vertici.

Definizione del sistema altimetrico

Il datum altimetrico rappresenta la superficie zero a cui sono riferite le

Viene determinato attraverso la scelta convenzionale di una superficie equipotenziale del campo di gravità terrestre "geoide" definito mediante:

• scelta del sito
• misure mareografiche
• definizione del periodo temporale di misura
• materializzazione del "livello medio del mare" con una rete altimetrica.

Ogni Stato sceglie una determinata superficie equipotenziale del campo di forza di gravità. A questa superficie ogni Stato assegna quota zero.

Una volta definito il sistema di riferimento geodetico plano-altimetrico, l'esigenza di rappresentazione del territorio su carta ("cartografia") ha generato la necessità di definire delle "proiezioni" della superficie tridimensionale di riferimento (ellissoide) su superfici che possano essere rese piane. Ad ogni sistema geodetico è quindi associato un sistema piano definito da una rappresentazione cartografica e da alcune condizioni al contorno. Nasce quindi

l’esigenza di definire i SISTEMI DI RIFERIMENTO CARTOGRAFICI. Principali sistemi di riferimento in uso oggi in Italia I principali sistemi geodetici di riferimento sono i seguenti: • ROMA40: viene orientato (l’ellissoide è messo perpendicolare al geoide) a Roma. I vertici che materializzano questa rete possono essere visti da grandi distanze (croci di vette, campanili etc.). Questi vertici possono essere solo visualizzati. È il sistema geodetico storico italiano. • ED50: è orientata a Postdam. • ETRS89 (ETRF89 e ETRF2000) European Terrester Reference System: è materializzato tramite reti di riferimento chiamate Fraim e sono ETRF89 e ETRF2000 (i numeri indicano l’anno in cui sono state delineate le reti). • BESSEL con orientamento Genova (utilizzato dal Catasto): è un sistema utilizzato in passato ed è orientato a Genova. È utilizzato ancora oggi solo dal sistema catastale. I sistemi cartografici associati ai

I sistemi geodetici sopra elencati sono, rispettivamente:

• Gauss-Boaga: è il sistema di riferimento che corrisponde al sistema geodetico ROMA40. I punti vengono proiettati su un conoide che viene poi srotolato e su cui vengono indicati i punti. Passando dal sistema ellissoidico al sistema piano cartografico vi è una deformazione. Questa deformazione non è angolare, ma di lunghezza (proiezione conforme di Gauss). Per contenere questa deformazione la superficie terrestre è suddivisa in fusi. L'Italia è coinvolta da 2 fusi di ampiezza 6 gradi: fuso Est e fuso Ovest.
• UTM-ED50: fa riferimento al sistema geodetico ED50. I fusi che riguardano l'Italia sono il 32 e il 33.
• UTM-ETRF89 e UTM-ETRF2000
• Cassini-Soldner (Catasto): questo sistema cartografico prevede che la proiezione mantenga non gli angoli ma le aree (proiezione equivalente). Questo sistema è in fase di abbandono, poiché è un sistema multicentrico in cui vi

Sono diverse origini per ogni comune o insieme di comuni e quindi è poco pratico.

Realizzazione dei sistemi geodetici

Un sistema geodetico rimane una definizione astratta non utilizzabile nella pratica fino a che non viene "realizzato", cioè concretizzato in una serie di punti fisici realmente esistenti sul territorio. E' su tali punti che si potranno appoggiare le attività di misura per l'inquadramento nel sistema di tutto ciò che ad esso si deve riferire (cartografia, rilevamenti ecc.).

Tralasciando i sistemi geodetici tradizionali che sono stati realizzati per l'impiego delle strumentazioni topografiche classiche vediamo le realizzazioni dei sistemi di riferimento utilizzati nella metodologia satellitare GNSS:

• Sono realizzati con reti costituite da vertici stazionabili (RETI STATICHE);
• Realizzazioni con reti costituite da stazioni satellitari riceventi con continuità (RETI DINAMICHE).

Il sistema ITRS89 - WGS84

un sistema terrestre convenzionale (CTS) costituito da un sistema cartesiano geocentrico (O, X, Y,Z) con l'origine coincidente con il centro di massa della Terra, l'asse Z passante per il polo Nord convenzionale definito dal BIH (ufficio internazionale di geodesia) al 1984.0, l'asse X passante per il meridiano di Greenwich e l'asse Y tale da formare una terna destrorsa.

Ad esso è associato l'ellissoide GRS80, caratterizzato dai seguenti parametri:

• semiasse maggiore a = 6 378 137
• schiacciamento f = 1/298.257222101

Le longitudini sono contate dal meridiano di Greenwich.

La versione europea del sistema internazionale ITRS è costituita dal sistema ETRS89, definito sul terreno da una rete di punti distribuiti sull'intero continente; le coordinate di tali punti dipendono dalla realizzazione (ETRFxx, dove xx è l'anno dell'istituzione).

Il sistema è stato introdotto anche in Italia in seguito all'affermarsi delle

tecnologie di rilievo satellitare GPS. In tale sistema sono state realizzate le moderne reti geodetiche dell'IGM: sia la rete denominata IGM95 sia la Rete Dinamica Nazionale (RDN). La rete geodetica IGM95 è la realizzazione italiana del ETRS89 realizzata negli anni '90 dell'IGMI, studiata appositamente per il rilievo satellitare. Si compone di 1150 vertici, con una densità media sul territorio italiano di circa un vertice ogni 10 kmq (la nuova rete IGM95 non solo si sostituisce alla vecchia rete del primo ordine, ma anche alle reti di ordine inferiore). Inoltre i nuovi vertici sono stazionabili, al contrario dei vecchi vertici trigonometrici. - La IAG (Associazione Internazionale di Geodesia) ha definito, per il continente europeo, la realizzazione del sistema di riferimento terrestre europeo (rete ETRF - European Terrestrial Reference Frame), solidale alla placca continentale, nel 1989 e provvede ai suoi aggiornamenti annuali. - Però, il monitoraggiodire modificare tutti i punti di riferimento e le coordinate dei punti "fissi". Questo può comportare problemi di compatibilità con i dati precedenti e richiedere un'attenta pianificazione e un'accurata conversione dei dati. Per affrontare queste sfide, è necessario utilizzare sistemi di riferimento dinamici che tengano conto dei movimenti della crosta terrestre e degli aggiornamenti delle reti di riferimento. Questi sistemi, come ad esempio l'ETRF2005, vengono ricalcolati annualmente per garantire la precisione delle misure e l'aggiornamento dei parametri. In conclusione, il cambiamento di sistema di riferimento è un processo complesso nel campo topografico, ma necessario per mantenere l'accuratezza delle misure e tener conto dei movimenti della Terra.

Dire variare una enormemole di dati esistenti. La rete geodetica che realizza il sistema di riferimento europeo è la EPN (Euref Permanent Network). La rete è stata attivata dalla EUREF (sottocommissione della IAG - Associazione Internazionale di Geodesia) nel 1989.

In Italia l'Istituto Geografico Militare ha realizzato una rete di stazioni permanenti GPS: RDN - RETE DINAMICA NAZIONALE. Il sistema di riferimento adottato dalla rete RDN è l'ETRF2000.

La Rete Veneta di Stazioni Permanenti GPS: infrastruttura geodetica di riferimento per la geodesia, la cartografia e il rilevamento. I vertici della rete sono monumentati in modo stabile su edifici o manufatti.

La Rete Veneta GPS è inquadrata nella Rete Dinamica Nazionale (RDN) dell'IGM e nell' EUREF Permanent Network (EPN).

Lezione 4 06/10/2020

IL SISTEMA SATELLITARE GNSS- Global Navigation Satellite System

Si tratta di una costellazione di satelliti in orbita gestiti da veri enti.

Costellazioni GNSS:

• GPS USA
• GLONASS Russia
• BEIDOU Cina
• GALILEO Europa
• QZSS Giappone
• IRNSS India

Il GPS è il più antico ed è composto da circa 30 satelliti i quali sono in orbite posizionati a 30° uno dall'altra. Questi satelliti garantiscono che in ogni punto della superficie terrestre e in ogni ora siano visibili almeno 4 satelliti. Il segmento dei satelliti è gestito e mantenuto in efficienza dal segmento di controllo. Sono cinque di stazioni di controllo poste lungo la linea equatoriale, hanno il compito di tenere aggiornate le posizioni dei satelliti durante la loro evoluzione attorno alla terra. Le coordinate assunte dal satellite durante il suo moto orbitale sono chiamate effemeridi. I satelliti compiono due giri completi attorno due volte al giorno (uno ogni 12 ore).

Il terzo segmento è quello utente, ossia i ricevitori presenti a terra. Ci sono due tipi di ricevitori: quelli per la navigazione (precisio