POLITECNICO DI TORINO
Dipartimento di Ingegneria del Territorio, dell’Ambiente e delle Geotecnologie
L’impiego delle reti GNSS a supporto delle trasformazioni delle mappe catastali su sistema
di riferimento globale
Verso PREGEO 10 – L’utilizzo delle reti GNSS per le attività catastali
L’Aquila, 30 giugno 2010
Alberto CINAE-mail: [email protected] / fax 011-5647630 / 99
1) Mantenimento del Sistema di Riferimento• Sistema di riferimento : contiene teoria fisica e le approssimazioni per la definizione degli assi coordinati• Frame: realizzazione pratica di SR costituita da una rete di punti dicui sono note coordinate e velocità.
N.B.: l’utente finale potrebbe non essere il fruitore diretto delle stazioni permanenti GNSS che materializzano il DATUM in quanto o troppo lontane , o con campionamento 30 s o senza prodotti RTK.
RETI DI STAZIONI PERMANENTI E LORO SCOPI
• Realizzazione WGS84 – ETRF2000 : Rete Dinamica Nazionale (RDN), inquadrata nelle reti Euref e IGS
2) Network RTK (NRTK) costituiscono il naturale collegamento tra il sistema di riferimento e l’utente finale con servizi di posizionamento in post elaborazione o RT.
Fruizione del sistema di riferimento :
non solo reti statiche ma stream di dati in RT (es. RTCM) con coordinate, misure, correzioni, da reti “dinamiche” di SP �precisioni centimentriche con ricevitori geodetici.
Le misure:prima:• funzionali delle coordinate (angoli distanze e dislivelli)• ma anche sfasamenti onde elettromagnetiche e misure di tempi) o baseline GPSora: • produzione diretta in campagna di coordinate XYZ in tempo reale• dall’acquisizione al prodotto direttamente: il processo è regolato dallo strumento di misura �(XYZ) nuova misura?
� Quale uso delle coordinate RTK in un libretto PREGEO?
Le Reti RTK portanoo a riconsiderare alcuni princip i …
Principi di posizionamento differenziale DGPS
Z
X YA B
RTCM
Posizionamento stand alone: insufficiente ai fini topografici (σ95%= ± 5 m anche dopo la disattivazione della S.A.)
Posizionamento Differenziale DGPS: applicato alle misure di codice e fase: richiede una stazione “base ” A e “rover” B.
DGPS – RTK: elimina bias spazialmente correlati � Degrado della correzione con la distanza
-0,140
-0,090
-0,040
0,010
0,060
0,110
5,5 10,5 15,5 20,5 25,5 30,5
km
m
DX DY DZ Lineare (DZ)
Errore f (distanza km)
Idea:Idea: modellazione del bias all’interno di una rete di SPGPS � NRTK
RTK o NRTK ? ANALISI DEI BIAS
orologio satellite k e ricevitore i
Multipath M ,variaz centri fase antenne (dipendenti dal sito)
Spazialmente correlati, (Effemeridi, Iono e Troposfera)
Ki
K KKi iiB SC D= + +
iKi
KC δ δ= +
Ki
K K Ki iiD E I T= + +
K Ki i
Ki MS A= +
RTCM
BaseRover
rete RTK: ottenere una stima “regionale” degli errori spazialmente correlati e un loro modello per poterlo applicare su un ricevitore rover, creando una VRS.
Generazione VRS
� Baseline da una stazione virtuale
Alcuni risultati dalla NRTK POLITO
Time to FIX
0102030405060708090
Ronc
obell
oCa
mer
iano
Vim
erca
teCh
iari
Villa
nova
Mon
ferra
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irano
Valpe
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Fogli
zzo
Carig
nano
Sezz
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*M
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mon
te
Vertici IGM95
TT
F [s
]
% FIXED
0102030405060708090
100
Ronc
obel
loCa
mer
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Villa
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Sezz
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*Mo
ndov
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mon
te
Vertici IGM95
%
FIX
Scarti NRTK rispetto a un vertice IGM95
Tempo medio fissaggio ambiguità di fase: 25 s
% successi fissaggio ambiguità di faseLe coordinate RTK non hanno ridondanza: problema del controllo di qualità
• Precisione: Cxx
• Accuratezza (es. falsi fissaggi):� Rioccupazione� Virtual RINEX ……
Interoperabilità tra DB topografici � stesso sistema riferimento
La carta catastale si compone di più di 300.000 fogli di mappa, con riferimento all’ellissoide di Bessel con vari orientamenti.
reti GNSS per trasformazioni di mappe catastali a W GS84
818 piccole origini (circa 1/3 dei fogli di mappa)31 grandi origini (circa 2/3 dei fogli di mappa)+ altre origini - es. Mappa Rabbini in Piemonte
La trasformazione tra DATUM viene eseguita, a partire da misure o coordinate degli stessi punti nei 2 DATUM � stima parametri
0
0
0
1
1
1
y
x
T T
X X Rz R X
Y Y Rz R Y
Z Z Ry Rx Z
µ−
= + − −
� Conoscenza o rilevo RTK di punti di doppie coordinate nel sistema WGS84:
• vertici catastali o punti mappa d’impianto
• origini catastali
I grandi sistemi d’asse rappresentano il maggior problema geodetico; i piccoli sistemi il maggior problema pratico
Sperimentazione di ricomposizione delle piccole origini, nell’ambito del progetto PRIN07 e in collaborazione con l’Agenzia del
Territorio.
Trasformazione Cassini Soldner Bessel – Gauss UTM W GS84Z
Cassini Soldner
Gauss
diverse deformazioni della Gauss rispetto alla Cassini-Soldner � procedure geodetiche di trasformazione tra sistemi di coordinate e docedi riferimento
Metodo basato sulle origini catastaliUtilizziamo elementi geodetici superficiali:
(X, Y) � (s, α) (formule di Soldner)Cassini Soldner �ellissoide�piano GaussTenendo conto di:• deformazioni cartografiche• variazione di forma e orientamento degli ellissoidi (Bessel – WGS84) da stimare a partire al punti di doppie coordinate.
YG
X
O
ϕ
λ
Ps
αY
Q
ZG
XG
� Particolarmente idoneo nel cas di “piccoli sistemi d’asse”
afilattica conforme
Zona test: provincia di Cuneo: superficie: 6903 km 2
250 comuni
101 origini
circa 7500 fogli
• acquisizione monografie punti doppi (4136)
La mappa catastale nell’era del GPS: quale coerenza ?
con presupposti non automatizzabili:
Metodologia automatizzabile per la trasformazione di mappe catastali verso altri sistemi di riferimento
• ricerca e verifica delle origini
• coerenza interna tra reti catastali, tra diverse origini e con le reti IGM
• stima parametri di trasformazione tra DATUM “Bessel” e WGS84
� Ricostruire il sistema di riferimento catastale e individuare e rilevare punti di doppie coordinate e ORIGINI Catastali
Cambio DATUM – vertici IGM95 con coordinate catastal i
Y
X
8 vertici IGM95 di note coordinate Catastali e WGS84 ETRF2000
� Calcolo UTM Bessel e stima parametri trasformazione (α, λ)
WGS84
WGS84:α= -0.15” ± 0.28”
λ = -0.35 ppm ± 2.75 ppm
Y
X
Trasformazione di mappe e confronto con cartografia tecnicanelle scale 1:1000 – 1:2000
Individuazione di punti doppi “attendibili” sul cata stale e carta numerica fotogrammetrica a grande scala
(1:1000 – 1:2000). Valutazione degli scarti planimet rici su fogli di 6 comuni provincia CN.
confronto è effettuato sulle mappe d’impianto in formato raster, georeferenziate con trasformazione affine utilizzando i 70 crocicchi con collimazioni automatiche sub pixel
Y
X
Confronto mappa impianto con cartografia tecnica in WGS84
Y
X
COMUNE DI “LA MORRA”
confronto Carta numerica 1:2000 Catastale 1:2000
σ carta 0.40 - 1 m 0.40 - 1 m
0.57 – 1.41 m
Scarti planimetrici e sqm su 29 punti di confronto:0.51 ± 0.27 m
22CatastaleDBRIF σσσ +=
Y
X
COMUNE DI “CUNEO”
confronto Carta numerica 1:2000 Catastale 1:2000
σ carta 0.40 - 1 m 0.40 - 1 m
0.57 – 1.41 m
Scarti planimetrici e sqm su 45 punti di confronto:0.63 ± 0.33 m
22CatastaleDBRIF σσσ +=
Un esempio in Lombardia: scarti planimetrici tra ma ppe trasformate in WGS84 e rilievo NRTK
Y
X
raster originale impiantomedia 0.58 ± 0.38 m
0
0,5
1
1,5
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25
punti RTK
scar
to p
lani
met
rico
ricevitori Mass Market e GIS in ambito catastale e uso in NRTK
• esempio 1 : in real time con correzioni differenziali
• esempio 2 : posizionamento statico con vari tempi d’acquisizione
Mass Market: 100–300 €Ricevitori GIS: 1300 – 5000 €
Posizionamento Differenziale in tempo reale
Accuratezze al 95%• St. Alone: 5.4 m• Egnos: 4.5 m• VRS: 4.7 m
Mass market:ublox4
GIS: Leica GS20Accuratezze al 95%• St. Alone: 2.50 m• EGNOS: N. A.• VRS RTCM 1-2: 1.05 m• TORI (80 km) RTCM 18-19: 0.80 m• VRS RTCM 18-19: 0.74 m
File di 24 h
Files di 20 min
Files di 10 min
Posizionamento statico – post processing (PP)
Test: sessioni di lunghezza da 5, 10, 30 minuti post-elaborate con stazione base “reali” e “virtuali “VRS
Sono stati salvate le misuse di codice e fase L1 in files RINEX per comprendere la precisione in post processing.
Osservazioni:• I test non hanno visto migliorie usando 20 minuti o 10 minuti di dati:
sessioni di 10 minuti sono sufficienti.
Accuratezza al 95% =
1.0 m
Stazione base reale: CRES (a 30 km )
Ricevitori Mass Market in post processing (PP)
Ublox-4
Osservazioni:• Le precisioni sono uguali a quelle in real time (con correzioni di fase
RTCM 18-19).
Accuratezza al 95%
0.8 m
Stazione base reale:CRES (30 km )
Ricevitori GIS in post processing (PP)
Accuratezza al 95%
Garmin: 0.9 mUblox-4: 0.2 m
Osservazioni:• I ricevitori mass market possono avere in PP performances molto
diverse, in relazione alla qualità delle fasi.
% Fix
Garmin: 3 %Ublox-4: 80 %
Sessioni statiche 10 minuti
Ricevitori Mass Market in post processing (PP) con VRS
Garmin
Ublox-4
Y
X
Ricevitori Mass Market - conclusioni• real time : l’uso di correzioni di rete rispetto ad EGNOS non sono
migliorative.• post processing : si possono ottenere precisioni decimetriche ,
funzione della qualità delle misure di fase. Sufficienti sessioni di 10 min.
Ricevitori GIS - conclusioni• real time : la qualità del posizionamento migliora sensibilmente usando le
correzioni di rete, specie usando dati di fase (RTCM2 18-19 ad es.). • post processing : Le performances con dati di rete VRS sono omogenee
e si ottengono precisioni decimetriche al 95% dopo 10 minuti.
Per entrambe le categorie di ricevitoriL’uso dei Virtual RINEX da rete GNSS migliora la qualità dei risultati rispetto una stazione permanente reale (a 20 km e più) e rende possibile il fissaggio delle ambiguità di fase L1 anche con ricevitori a basso costo.
POLITECNICO DI TORINO
Dipartimento di Ingegneria del Territorio, dell’Ambiente e delle Geotecnologie
L’impiego delle reti GNSS a supporto delle trasformazioni delle mappe catastali su sistema
di riferimento globale
Verso PREGEO 10 – L’utilizzo delle reti GNSS per le attività catastali
L’Aquila, 30 giugno 2010
Alberto CINAE-mail: [email protected] / fax 011-5647630 / 99
Confronto Cassini Soldner – Gauss (UTM WGS84)
Y
X ellissoide piano della carta
Z
Deform. Cassini Soldner (afilattica) Gauss (conforme)
Angolare
(δ)
Lineare(m)
Areale (mA)
22
0 0
1 cos2
ym
Nα
ρ= +
2
20 0
0.9996 12 *0.9996
Xm
Nρ
= +
10 0
2 21 1 2 2
0 0
cos
2 3
cos6
s s siny
N
y y y ysin
N
α αδρ
α αρ
= + +
+ ++0δ =
2
0 0
12
ym
Nρ= +
22
20 0
0.9996 1*0.9996
Xm
Nρ
= +
Cassini Soldner
Gauss
diverse deformazioni della Gauss rispetto alla Cassini-Soldner � procedure geodetiche di trasformazione tra sistemi di coordinate e di riferimento
procedura geodetica in sintesi: da Cassini Soldner a Gauss
• Metodo basato sulle origini catastaliUtilizziamo elementi geodetici superficiali:
(X, Y) � (s, α) (formule di Soldner)Cassini Soldner �ellissoide�piano Gauss
2) Variazioni di forma degli ellissoidi:
Gli elementi geodetici (s, α) sono poco dipendenti dalla loro variazione di forma (errore < 2mm / 100 km)
3) Variazioni d’orientamento tra ellissoidi:
Problema geodetico: confronto coordinate e misure tra punti nei 2 SR � stima dei parametri di rotazione e scala nel piano Gauss .
1) Trasformate di geodetiche da Cassini Soldner a G auss (Bessel):
a partire dagli elementi geodetici (s, α) applicando le riduzioni e deformazioni relative alle due rappresentazioni cartografiche
4) Trasporto delle coordinate sul piano di Gauss
YG
X
O
ϕ
λ
Ps
αY
Q
ZG
XG
Y
X
con presupposti non automatizzabili:
Risultati pratici della sperimentazione
Metodologia automatizzabile per la trasformazione di mappe catastali verso altri sistemi di riferimento
Possibilità di generare automaticamente punti di doppie coordinate ( X, Y Est, Nord) da utilizzare a posteriori, secondo grigliati
(tempi di calcolo misurabili in ore/provincia).
• ricerca e verifica delle origini
• coerenza interna tra reti catastali, tra diverse origini e con le reti IGM
• stima parametri di trasformazione tra DATUM “Bessel” e WGS84-ETRF2000
� Ricostruire il sistema di riferimento catastale a partire dalle fonti
… qualche esempio …
La ricostruzione del sistema di riferimento
Y
X
Y
X
Y
X
Il sistema di riferimento
catastale: reti e sottoreti
