Topografia - Appunti

Appunti di topografia

Principio di funzionamento GPS

A partire dalla posizione dei satelliti nota, misurando più volte la distanza satellite-ricevitore, si determina la posizione di un punto a terra.

Cause di errore

Gli errori nella misura del tempo, i ritardi dovuti al passaggio del segnale in strati diversi dell'atmosfera, in particolare ionosfera e troposfera, sono gli strati più dannosi. Errori casuali di multipath.

GDOP e PDOP

Una geometria aperta garantisce un buon posizionamento (DOP basso), una geometria chiusa ne riduce la precisione.

Metodi di rilevamento

Statico (post processato), impiegato per controllo geodetico, rilevamento di alta precisione. Rapido statico impiegato per progettazione e controllo secondario. Cinematico post processato per rilevamento topografico, fotogrammetria, GIS. Cinematico RTK per rilevamento topografico, tracciamento di strutture, rilevamento catastale, controllo fotogrammetrico.

• I tre metodi sono accomunati dalla stessa esigenza di accuratezza, che è di livello centimetrico (2-3 cm).
• È necessario risolvere l'ambiguità intera di fase che è lo scopo dell'inizializzazione.

Statico

L'ambiguità intera di fase viene risolta nel software di elaborazione, il tempo di occupazione è fondamentale per risolvere l'ambiguità, i tempi di occupazione dipendono dal tipo di ricevitore, dalla lunghezza della baseline, dalla geometria satellitare e da eventuali sorgenti di multipath (almeno 4 satelliti: requisiti).

Cinematico RTK

Con almeno 5 satelliti comuni e baseline inferiori a 10 km, a meno che si operi con un segnale proveniente da servizi di rete su base regionale, è necessaria l'inizializzazione prima di acquisire dati. Dopo l'inizializzazione l'accuratezza è centimetrica.

Perdita di comunicazione radio

Alzare l'antenna radio, posizionare un ripetitore, passare alla modalità mista che consente l'acquisizione contemporanea dei dati per post-processamento (PPK), usare un collegamento alternativo (telefono, internet).

Principio di funzionamento dei distanziometri elettro ottici

Emettono una radiazione ottica sulla lunghezza d'onda dell'infrarosso vicino, modulano la radiazione e la trasmettono verso un prisma retro riflettore. Ricevono una parte della radiazione emessa che ritorna dopo la riflessione del prisma; misurano la differenza di fase deltafi tra l'onda emessa e l'onda ricevuta; sono quindi dotati di un apparato trasmettitore e uno ricevente.

Metodo della misura della fase

Da un oscillatore campione, viene trasmessa verso B un'onda infrarossa modulata che, riflessa dal prisma posto in B, torna al ricevitore. L'onda elettromagnetica emessa è modulata in intensità secondo la legge: I=I0 * sin[w(t0+dT)]=I0 * sin(fi0+dfi). L'equazione fondamentale dei distanziometri: D0= n*lambda/2 + (dfi *lambda)/(4π).

Metodo per decadi

Utilizza 2 lunghezze d'onda: la prima per determinare un valore grossolano della distanza e la seconda (100 volte più piccola) per effettuare la misura fine della distanza. Il valore dell'ambiguità in questo caso è sempre nullo quindi: D0=(dfi *lambda)/(4π). La precisione nella determinazione della distanza è strettamente dipendente dalla precisione con cui lo strumento riesce a misurare lo sfasamento dfi che ricordiamo essere contenuto nel fattore L.

Metodo delle 3 frequenze

Utilizza due frequenze molto prossime tra di loro per una stima grossolana del valore della distanza, la terza di un ordine di grandezza più alta, per determinare con precisione la parte fine della misura.

Distanziometri a impulsi

La misura della distanza è funzione del tempo trascorso di volo di un impulso che, riflesso, torna al distanziometro. Questo metodo ha il grosso vantaggio di concentrare una grande quantità di potenza in un ristrettissimo intervallo di tempo dt, permette di superare grandi distanze (con l'uso del prisma) o piccole distanze senza l'uso del prisma. D= c * deltaT/2.

Applicazioni: rilievo dei profili di gallerie, determinazione dei punti di appoggio per applicazioni fotogrammetriche nei rilievi architettonici.

Confronto EODM e impulsi

• Il primo richiede almeno 2 frequenze per poter modulare il segnale e misurare la distanza senza ambiguità sul numero di cicli. La precisione dipende dalla risoluzione del dispositivo di misura della fase e dalla stabilità dell'oscillatore al quarzo. Convertitore A/D preciso 3-5 mm.
• Il secondo utilizza un solo impulso per determinare la distanza in modo univoco con precisione centimetrica in un msec. Precisione dipendente dall'instabilità del quarzo. Convertitore tempo-tensione a rampa preciso 5 mm. L'instabilità del quarzo influisce in entrambi i casi per 1-5 ppm.

Principi base GPS

Si basa sull'emissione, da parte di satelliti artificiali, di segnali radio che contengono informazioni sufficienti per poter ricavare la distanza satellite-ricevitore.

Azioni che influiscono sul moto dei satelliti

La non sfericità della terra e la conseguente uniformità della massa terrestre determinano variazioni nel campo di forze gravitazionale; l'attrazione gravitazionale del sole e della luna; la pressione dovuta alle radiazioni solari; i satelliti più vicini alla terra sono soggetti a disturbi dovuti agli strati più esterni dell'atmosfera.

Componenti del sistema

L'intero sistema di posizionamento GPS funziona grazie a 3 componenti: segmento spaziale, segmento di controllo, segmento di utilizzo utente.

Segmento spaziale

È costituito da una costellazione di 29 satelliti artificiali equipaggiati con: 4 oscillatori ad altissima precisione (2 al cesio, 2 al rubidio); razzi per effettuare le correzioni di orbita; 2 pannelli solari per produrre energia; batterie di emergenza per garantire l'apporto energetico nei periodi in cui il sole è eclissato. I satelliti trasmettono varie informazioni all'utenza mediante l'invio di segnali complessi, ma nello stesso tempo ricevono in continuazione aggiornamenti per mantenere la loro corretta funzionalità.