Uso dei palmari gnss all’aggiornamento cartografico: Università degli Studi di Palermo Facoltà di Ingegneria Corso di Laurea in Ingegneria Civile Dipartimento di Ingegnere Civile, Ambientale e Aerospaziale Anno Accademico 2010/2011 Uso dei palmari gnss all’aggiornamento cartografico: Il caso studio del comune di roccamena (pa) Relatori Prof. Ing. Vincenzo Franco Dott. Ing. Gino Dardanelli Tesi di Laurea di Francesco Beccaccio Correlatore Dott. Alessandro Ferrara

Introduzione Obiettivi Sperimentazione Analisi dei risultati Conclusioni

La rete di SP UNIPA GNSS Introduzione Il rilievo in tempo reale sta attraversando una fase di crescente sviluppo nell’ambito dell’utilizzo delle metodologie GNSS (Global Navigational Satellite System). I sistemi satellitari Global Navigation Satellite System (GNSS) nascono dall’esigenza di determinare in modo accurato e affidabile la posizione di un qualsiasi punto o oggetto sul territorio. NavSTAR GLONASS GALILEO La rete di SP UNIPA è stata realizzata ed è gestita dal Dipartimento di Ingegneria Civile, Ambientale e Aereospaziale dell’Università di Palermo nell’ambito del progetto PRIN2005.

La rete di SP UNIPA GNSS Sistema di riferimento dinamico IGS05 Introduzione La rete di SP UNIPA GNSS Sistema di riferimento dinamico IGS05 Rete Dinamica Nazionale Sistema di riferimento ETRF89-IGM95

Obiettivi Lo scopo di questa tesi è quello di realizzare un GIS, in versione Desktop, per l’aggiornamento cartografico, utilizzando un palmare GNSS. Lo studio svolto riguarda il Comune di Roccamena (PA). In particolare, l’oggetto del rilievo sono: Pozzetti di pubblica illuminazione; Pozzetti di acque bianche; Pozzetti di fognatura; Caditoie.

Strumentazione utilizzata per l’esecuzione del rilievo Sperimentazione Strumentazione utilizzata per l’esecuzione del rilievo La strumentazione utilizzata per l’esecuzione del rilievo è composta da: Ricevitore GRS-1 Topcon; Asta geodetica in carbonio su cui è stato fissato il ricevitore tramite un supporto; Antenna GPS Topcon PGA-2; Bipiedi per lo stazionamento in modalità statica.

Sperimentazione Le principali caratteristiche del ricevitore Topcon GRS-1 sono: Precisione decimetrica; Ricevitore a doppia frequenza; Doppia costellazione, GPS + GLONASS; Telefono cellulare GSM integrato; Fotocamera digitale e bussola elettronica integrate; Sistema Operativo Windows Mobile 6.1; Tecnologia wireless Bluetooth e connettività wireless LAN.

Sperimentazione Ricevitore GNSS, Antenna PGA-2, Asta geodetica, Bipiede Ricevitore GNSS Topcon GRS-1

Fasi del rilievo Sperimentazione Il rilievo che è stato eseguito è composto da quattro fasi: Sopralluogo di verifica; Esecuzione del rilievo; Elaborazione; Analisi dei risultati ottenuti.

Sopralluogo di verifica Sperimentazione Sopralluogo di verifica Il sopralluogo è stato effettuato giorno 20 del mese di Maggio 2011, al fine di organizzare le fasi successive del rilievo. In particolare sono stati scelti dei punti di controllo successivamente chiamati V1, V2, V3, V4, V5, V6, V7, V8 e V9 ,utili per effettuare la trasformazione delle coordinate dal sistema UTM-WGS84 al Sistema Gauss-Boaga. Questi vertici sono stati scelti in modo che i punti avessero campo libero per una ricezione ottima dei satelliti, in modo da poter fissare l’ambiguità di fase, e quindi ottenere delle precisioni sub-centimetriche. I punti sono stati materializzati tramite dei chiodini topografici, ed evidenziati in rosso.

Sperimentazione

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Modalità ed esecuzione del rilievo Sperimentazione Modalità ed esecuzione del rilievo Il rilievo è stato eseguito nel mese di maggio 2011. Esso è stato eseguito in modalità NRTK. L’esecuzione delle misure in modalità NRTK è stata eseguita adottando gli standard di seguito elencati: rilevamenti svolti sia nei giorni feriali che festivi, senza verificare preliminarmente né la qualità della configurazione geometrica delle costellazioni satellitari, né la presenza di stazioni attive “online” all’interno della rete; stazionamento statico con asta geodetica e bipiede nei punti di controllo di 300 secondi, mentre in modalità cinematica, per il rilevamento dei pozzetti e delle caditoie , lo stazionamento è stato di 5-30 secondi.

Sperimentazione collegamento alla rete di SP UNIPA per il fissaggio dell’ambiguità di fase, utilizzando la correzione di tipo VRS. Complessivamente i punti rilevati sono stati 5537, per un totale di n° 1276 elementi. Più precisamente n° 400 di caditoie e n° 876 pozzetti. Rilevamento di : caditoia, pozzetto ed pozzetto circolare.

Sperimentazione Durante la fase di esecuzione si sono presentate delle difficoltà. Questo è avvenuto soprattutto nel centro storico di Roccamena, dove le strade strette e le case alte hanno ridotto di molto la copertura dei satelliti. Infatti, in queste zone del centro non si è riuscito quasi mai a fissare l’ambiguità di fase (Fixed) e spesso si è dovuto misurare in float o addirittura in stand-alone con precisioni variabili dai 20 ai 100 cm in float, e dai 101 ai 300 cm in stand-alone. Per questo, in fase di elaborazione, si è deciso di non prendere in considerazione i punti misurati con qualità stand-alone, in quanto ritenuti non sono affidabili. Altre difficoltà riscontrate sono state: la copertura di rete gsm tim, ostacoli (alberi, balconi,muri), disturbi da apparati radiofonici, antenne tv ed infine il fenomeno del multipath. Nelle figure sottostanti sono riportati alcuni esempi delle problematiche fin qui discusse.

Zona in cui si è verificato il fenomeno del multipath Sperimentazione Zona in cui si è verificato il fenomeno del multipath

Zona in cui si sono avuti disturbi dovuti ad antenne telefoniche Sperimentazione Zona in cui si sono avuti disturbi dovuti ad antenne telefoniche

Ostacoli del segnale Sperimentazione Alberi Muro di sostegno Case alte e strade strette

Elaborazione dei dati Sperimentazione Completato il rilievo si è passato alla fase successiva, cioè all’elaborazione dei dati. Il primo passo è stato quello di scaricare i dati dallo strumento. I dati sono stati elaborati con il software “Meridiana “ della Geopro. Software Meridiana

Sperimentazione Il passo successivo è stato quello di convertire le coordinate dei punti di controllo V1,V2,V3,V4,V5,V6,V7,V8 e V9 dal sistema di riferimento UTM-WGS 84 al sistema di riferimento GAUSS-BOAGA.

Screenshot del software Meridiana Sperimentazione Screenshot del software Meridiana

Sperimentazione Pt. Controllo UTM-WGS84 Pt. Controllo GAUSS-BOAGA Pt. del rilievo in GAUSS-BOAGA Esportazione da *.fce a *.dxf Autocad Map 3D qualità del rilievo Poligoni Esportazione in file Shape Creazione del GIS

Realizzazione del GIS Sperimentazione Un GIS (Geographic Information System) è un sistema di gestione di un database computerizzato progettato per l’acquisizione, l’immagazzinamento, l’analisi e la visualizzazione di dati spaziali. Per la creazione del GIS sono stati usati dei software open source presenti all’interno di una Virtual Machine, precisamente GISVM. Tale Virtual Machine è basata su Ubuntu 10.10 e comprende un pacchetto di installazione per l’aggiunta di software GIS. Per avviare la gisvm è stato usato un software dal nome VMPLAYER.

Sperimentazione I vantaggi di lavorare su virtual machine sono: Predisposizione per i software gis, comprendendo i collegamenti per l’installazione di essi; Open Source; Possibilità di accedere ad essa da qualsiasi computer che abbia installato il player, avendo con se il lavoro completo; Possibilità di connettere a tali programmi GIS dei geodatabase.

Screenshot della GISVM Sperimentazione Screenshot della GISVM

Sperimentazione I software della GISVM che sono stati utilizzati sono: Quantum GIS 1.7 e PgAdminIII. Il punto di partenza per la realizzazione del GIS è stato quello di importare il file shape precedentemente ottenuto da AutoCad Map 3D in Quantum Gis.

Sperimentazione Successivamente è stata effettuata una divisione del file shape originario in 3 file shape: Pozzetti; Pozzetti circolari; Caditoie. Inoltre è stato verificato che il file shape contenesse tutti gi attributi necessari. Da questi, tramite il comando centroidi sono stati ottenuti i centri di ogni poligono con la creazione quindi di altri tre file shape: centroidi_pozzetti; centroidi_pozzetti_circolari; centroidi_caditoie.

Sperimentazione Fatto ciò, si è proceduto alla creazione del geodatabase con il software PgAdminIII. Nel creare il database sono stati seguite le regole tecniche sui dati territoriali delle Pubbliche Amministrazioni. La codifica che è stata utilizzata è la seguente: CLASSE: localizzazione di manufatto di rete tecnologica (MN_RTC-020213 ) Dove: 02 indica lo strato; 02 indica il tema; 13 indica la classe.

Sperimentazione ATTRIBUTI: dominio 05 0501 categoria: caditoia; dominio 06 0601 categoria: pozzetto. Creato il database, nominato “roccamena”, è stata effettuata la connessione ai dati di QGIS. In particolare ai layer centroidi_pozzetti , centroidi_pozzetti_circolari, centroidi_caditoie. Di seguito vengono riportati alcuni screenshot del geodatabase .

Sperimentazione Screenshot del database creato con PgAdminIII relativo ai centroidi_caditoie

Sperimentazione Figura 17: Screenshot del database creato con PgAdminIII relativo ai centroidi_pozzetti_circolari

Sperimentazione Figura 18: Screenshot del database creato con PgAdminIII relativo ai centroidi_pozzetti

Simboli UNI adottati per pozzetti e caditoie Sperimentazione Infine, si è utilizzato da QGIS il comando “aggiungi vettore Postgis” per importare il database in esso. Importando i dati del database e non lavorando più sugli shape ha permesso di lavorare più velocemente sul rilievo. Si è ultimato il GIS adottando una simbologia UNI, applicando dei simboli diversi alle tre categorie di centroidi. Simboli UNI adottati per pozzetti e caditoie

Redazione delle schede descrittive per il GIS Sperimentazione Redazione delle schede descrittive per il GIS Come detto precedentemente gli elementi rilevati sono n° 1276. Sono stati scelti n° 100 di essi e sono state realizzate delle schede descrittive per il GIS. Di seguito, a titolo di esempio, si riportano le tre tipologie di schede. Tali schede sono state collegate ai vari pozzetti e caditoie all’interno del software QGIS.

Sperimentazione Scheda descrittiva Gis di una caditoia

Sperimentazione Scheda descrittiva Gis di un pozzetto

Sperimentazione Scheda descrittiva Gis di un pozzetto circolare

Sperimentazione

Analisi dei risultati Analisi dei risultati Una prima considerazione riguardo l’analisi dei risultati può essere ricavata dalla valutazione delle percentuali di punti misurati in fixed, cioè quelli per le quali si è riusciti a ricevere il fissaggio dell’ambiguità di fase, dal software di gestione della rete di stazione permanente a cui ci si è appoggiato (SP UNIPA ). Su un totale di 5537 acquisizioni effettuate sono stati ottenuti i seguenti risultati: 3017 punti (55 % del totale) sono in FIXED; 2517 (45 % sul totale) sono in FLOAT. Si riporta di seguito il diagramma rappresentativo della disponibilità correzione riferito alle acquisizioni effettuate.

Percentuale di punti rilevati in fixed e in float Analisi dei risultati Percentuale di punti rilevati in fixed e in float Un'altra considerazione riguarda l’andamento del PDOP e del GDOP in funzione dei punti rilevati.

PDOP in ordinata, punti rilevati in ascissa Analisi dei risultati PDOP in ordinata, punti rilevati in ascissa

GDOP in ordinata, punti rilevati in ascissa Analisi dei risultati GDOP in ordinata, punti rilevati in ascissa

Analisi dei risultati Cartografia del Comune di Roccamena, con indicatore del valore del PDOP

Analisi dei risultati Cartografia del Comune di Roccamena, con indicatore del valore del GDOP

Analisi dei risultati Un ulteriore analisi riguardo la precisione riguarda gli Scarti Quadratici Medi. Nelle figure sottostanti si riporta la distribuzione degli SQM orizzontali e verticali. In particolare sono stati indicati in rosso gli SQM orizzontali e in blu gli SQM verticali.

Distrubuzione degli Scarti Quadratici Medi orizzontali Analisi dei risultati Distrubuzione degli Scarti Quadratici Medi orizzontali

Distrubuzione degli Scarti Quadratici Medi verticali Analisi dei risultati Distrubuzione degli Scarti Quadratici Medi verticali

Analisi dei risultati Analogamente a quanto è stato fatto per il PDOP e il GDOP, sono stati sovrapposti i punti rilevati alla Cartografia del Comune, dividendo in tre intervalli gli scarti, e indicando i punti con colori diversi in base all’intervallo di appartenenza. Più in dettaglio, sia per gli SQM orizzontali che per gli SQM verticali, sono stati evidenziati in verde quei punti con scarti compresi tra 0,00 e 0,80 m, in giallo quelli compresi tra 0,81 a 1,60 m e in rosso quelli maggiori di 1,60 m .

Analisi dei risultati Cartografia del Comune di Roccamena, con indicatore del valore degli SQM orizzontali

Analisi dei risultati Cartografia del Comune di Roccamena, con indicatore del valore degli SQM verticali

Analisi dei risultati Un’altra analisi non meno importante riguarda la ricezione dei satelliti. Le costellazioni di satelliti disponibili per l’utente civile sono: La costellazione GPS; La costellazione GLONASS. Lo strumento utilizzato (Topcon GRS-1) per il rilievo presenta, come già detto, il vantaggio di utilizzate entrambe le costellazioni.

N° di satelliti in ordinata, punti rilevati in ascissa. Analisi dei risultati N° di satelliti in ordinata, punti rilevati in ascissa.

Conclusioni Conclusioni Come si evince dal titolo stesso della tesi, in questo lavoro ci si è proposti di realizzare un GIS per l’aggiornamento cartografico, utilizzando un palmare GNSS. Riepilogando, si è visto che per il 55 % dei punti rilevati è stata fissata l’ambiguità di fase, mentre per il restante 45% l’ambiguità di fase non è stata fissata. Per quanto riguarda il valore PDOP, il 64,60 % dei punti, ha valori compresi nell’intervallo 1,35 – 3,00, mentre per il 35,40 % dei punti ha valori maggiori di 3,00. Il GDOP invece , per l’82,30 % dei punti è compreso tra 1,61-5,00 , mentre il restante 17,70 % dei punti ha valori maggiori di 5,00.

Conclusioni Gli SQM orizzontali sono compresi tra 0,00 e 0,80 m per il 93,88 % dei punti, tra 0,80 m e 1,60 m per il 4,15 % e maggiore di 1,60 per il rimanente 1,97 %. Infine ,gli SQM verticali sono compresi tra 0,00 e 0,80 m per il 77,00 % dei punti, tra 0,80 m e 1,60 m per il 15,00 % e maggiore di 1,60 per il rimanente 8,00 %. In conclusione, si può affermare che complessivamente il rilievo ha soddisfatto le aspettative. L’uso del palmare GNSS GRS-1 della Topcon, per l’aggiornamento cartografico ed applicazioni GIS, ha prodotto dei risultati soddisfacenti, garantendo una buona qualità del rilievo.

Ringraziamenti Desidero ringraziare quanti mi hanno aiutato in questo lavoro ed in particolare: I miei relatori Prof. Ing. Vincenzo Franco ed Ing. Gino Dardanelli del Dipartimento di Ingegneria Civile, Ambientale e Aereospaziale, e il mio correlatore Dott. Alessandro Ferrara, per avermi seguito e consigliato durante tutte le fasi di questo lungo e faticoso lavoro.   Il Geom. Vito Terzo per la fornitura della strumentazione e per la paziente assistenza sia durante le fasi di rilievo NRTK che nella fase di elaborazione.

GRAZIE PER L’ATTENZIONE