Sistema GNSS e Rilievi Topografici in RTK e PP: quali sono le differenze?

Nell'ambito dei rilievi topografici si fa un largo utilizzo dei sistemi GNSS per determinare le coordinate di un determinato oggetto e geo-localizzarlo con precisione sulla superficie terrestre, marina o nell'atmosfera. In questo articolo abbiamo approfondito l'argomento fornendo informazioni su cos'è e come funziona un sistema GNSS, specificandone le caratteristiche e i componenti e analizzando anche i due metodi di rilievo più diffusi, ovvero RTK e PP, mettendone in luce le differenze.

Cosa si intende per sistema GNSS?

Partiamo proprio dall'inizio, ovvero dal significato del termine! Con l'acronimo GNSS si fa riferimento al Global Navigation Satellite System, ovvero ad un sistema di geo-radiolocalizzazione che, integrando le funzioni di sistemi di posizionamento sia satellitari che terrestri, offre un servizio di posizionamento geo-spaziale su scala globale, consentendo a tutti i dispositivi dotati di ricevitori di determinare la propria posizione in termini di latitudine, longitudine e altitudine, geolocalizzandosi con un elevato margine di precisione su un punto qualsiasi della superficie terrestre o dell'atmosfera.

Ecco una lista dei sistemi GNSS più famosi e diffusi:

• Il sistema statunitense NAVSTAR Global Positioning System o GPS;
• il sistema russo GLONASS;
• Il sistema europeo Galileo;
• Il sistema cinese Beidou.

Da cosa è composto un sistema GNSS?

Il sistema GNSS è composto da 3 elementi fondamentali chiamati "segmenti":

Segmento di controllo	si tratta di basi a terra che ricevono segnali dai satelliti e inviano dati e comandi; esse monitorano costantemente l'orbita dei singoli satelliti apportando le correzioni di rotta e trasmettendo le effimeridi (ovvero le posizioni del satellite).
Segmento spaziale	si tratta di diversi satelliti posizionati nell'orbita terrestre che comunicano costantemente con le basi di controllo e con i ricevitori degli utenti.
Segmento utente	Dispositivi che ricevono comunicazioni dai satelliti, utilizzati dall'utente per localizzare la propria posizione (navigatori stradali, palmari, smartphone, strumenti di rilievo topografico ecc..)

Come funziona un sistema GNSS?

Il funzionamento del sistema GNSS si basa sullo scambio di segnali elettromagnetici tra i segmenti spaziali, ovvero in orbita attorno alla terra, e i segmenti utente, ovvero i dispositivi dotati di ricevitore. Il satellite invia un segnale contenente la propria posizione e l'ora di trasmissione del segnale, mentre il ricevitore confronta il tempo della trasmissione con quello misurato dal proprio orologio interno, calcolando il tempo impiegato dal segnale per arrivare dal satellite.

Una volta nota la posizione dei satelliti ogni segmento utente calcola la propria posizione tramite un procedimento matematico di triangolazione che richiede, per essere affidabile, che il ricevitore rilevi almeno 4 satelliti. Satelliti differenti possono effettuare numerose misure del genere contemporaneamente e questo permette al sistema di ricavare il posizionamento in tempo reale dell'oggetto in movimento dotato di ricevitore.

Quali sono i campi di applicazione del sistema GNSS?

Come abbiamo già anticipato, le applicazioni del sistema GNSS sono numerosissime e spaziano nei campi più svariati:

• Ricerca militare;
• Navigazione;
• Servizio di soccorso e ricerca;
• Machine automation;
• Rilievi topografici;
• Sincronizzazione dell'orario in dispositivi elettronici;
• Applicazioni nell'ambito della Geofisica;
• Sistemi di sicurezza e antifurto satellitari;
• Dispositivi di monitoraggio e tracciamento di animali selvatici.

In questo nostro articolo ci soffermeremo in particolare sui vantaggi dell'applicazione di questi sistemi ai rilievi topografici.

Rilievi Topografici con GNSS: i metodi di posizionamento

Il GNSS costituisce un vantaggio per i rilievi topografici in quanto, a partire dalla recezione dei segnali inviati dai satelliti, permette la "materializzazione " di altri punti le cui coordinate sono conosciute al professionista che effettua il rilievo e che utilizzerà come rete di appoggio per la misurazione. Va specificato che ci sono diverse modalità per effettuare un rilievo topografico con i sistemi GNSS e ciò dipende dal metodo di posizionamento utilizzato. Ecco quali sono i principali:

Posizionamento assoluto	si esegue con un solo ricevitore, basandosi soltanto sui segnali inviati dai satelliti
Posizionamento relativo	si esegue con più ricevitori ed è in grado di determinare la posizione relativa, cioè la differenza tra le coordinate dei ricevitori stessi
Posizionamento differenziale	si esegue con un ricevitore mobile e sfrutta sia i segnali dei satelliti che i dati di correzione dalle basi a terra di riferimento, e ciò incrementa il livello di precisione del posizionamento
Posizionamento statico	sfrutta reti GNSS statiche, formate da punti materializzati sul terreno utilizzando la tecnica del RTK per registrare le osservazioni e quella del PP per calcolare la posizione
Posizionamento cinematico	sfrutta reti GNSS dinamiche, ovvero stazioni permanenti che funzionano 24 ore su 24 che sfruttano la tecnica RTK network o NRTK. In questo caso l'operatore invia la sua posizione alla stazione GNSS permanente e gli viene restituito un messaggio di correzione. Si tratta di un posizionamento molto preciso che ha bisogno solo di un modem e di un ricevitore a doppia frequenza.

Che cos'è un sistema RTK?

Parlando dei metodi di posizionamento abbiamo citato la tecnica RTK, acronimo che sta per Real-Time Kinematics, traducibile in italiano con "Cinematica in Tempo Reale". Si tratta di una tecnica molto precisa e molto utilizzata dai topografi che, come anticipato in breve, effettua la misurazione dei dati satellitari applicando ad esse i messaggi di correzione delle stazioni a terra, in modo da ottenere informazioni precise e, soprattutto, in tempo reale. La tecnica RTK è, essenzialmente, un metodo di posizionamento differenziale che per funzionare, oltre alla presenza dei satelliti, ha bisogno di:

• un ricevitore fermo su un punto, chiamato Base;
• un ricevitore che si muove sui punti da monitorare, chiamato Rover;
• un controller collegato all'antenna del Rover,

All'atto pratico, tramite un segnale GSM o una trasmissione radio, Base e Rover comunicano tra loro scambiando dati e informazioni. Data la posizione fissa della base, il software del rover applica le stesse correzioni e ne determina la posizione inoltre, con il controller collegato all'antenna del rover, l'operatore può avere costantemente il controllo della situazione tramite un software di bordo specifico.

Cos'è il metodo PP?

Il metodo PP, acronimo di Post-Processing, o post-elaborazione raccoglie dati tramite rilievi statici, in cui il ricevitore rimane fermo su un punto per più tempo raccogliendo i dati dei satelliti che si muovono lungo le orbite. In metodi di rilievo di questo tipo, per calcolare la posizione di un punto si dovrà sempre misurare il "vettore" che unisce i due ricevitori fissi a terra che non sono collegati tra loro. Da qui la necessità di post-processare i dati rilevati una volta rientrati in ufficio, scaricarli tramite appositi software e mettere in correlazione le misure acquisite dai diversi ricevitori per determinare le posizioni esatte.

Qual è la Differenza tra RTK e PP?

Alla luce di quanto detto occorre fare un confronto diretto tra i rilievi in RTK e quelli in PP per comprendere meglio quali sono le differenze. In primo luogo la differenza risiede nel tempo in cui vengono visualizzati i risultati del rilievo:

• in un rilievo RTK i dati vengono elaborati direttamente sul campo e in tempo reale all'interno del software del controller;
• in un rilievo PP i dati raccolti sul campo vengono archiviati e processati in un secondo momento per determinare le coordinate;

Un'altra differenza sta nella tipologia di dati archiviati:

• in un rilievo RTK vengono registrate le soluzioni (o terne di coordinate) e, di norma, non vengono archiviati i dati grezzi;
• in un rilievo PP, invece, l'unica tipologia di dati che possono essere archiviati sono proprio quelli grezzi.