Terminata l’analisi di tutto ciò che sta alla base della misura idrografica, si passa ad analizzare le principali misure che vengono sfruttate per la descrizione idrografica dell’ambiente marino.
Al contrario dei precedenti capitoli, in cui i concetti di base non si modificano nel tempo, questo capitolo è maggiormente soggetto a modificazioni temporali ed analizza solo una parte degli aspetti della strumentazione, cercando però di enucleare le caratteristiche essenziali collegandole soprattutto a ciò che si è detto in precedenza.
Un sistema idrografico di base è principalmente costituito da un sistema di posizionamento, uno di assetto ed uno per la rilevazione del fondale oltre che a misure ausiliarie. l’analisi strumentale verrà condotta seguendo questi punti essenziali.
Il positioning
Oggi quasi tutte le operazioni di posizionamento fanno uso di sistemi GNSS. Anche in assenza di segnale (per esempio all’interno di gallerie) il GNSS viene utilizzato per posizionarsi all’inizio e alla fine del percorso.
I GNSS idrografici possono misurare codici o fasi di ogni singola frequenza di ogni satellite che sono in grado di ricevere. Questa definizione generale indica quale sia il top qualitativo dei ricevitori (ricevono tutti i satelliti e ne processano tutte le frequenze). In realtà, in funzione della qualità del ricevitore, il tracciamento può limitarsi ad alcune costellazioni (si pensi ai GPS che ricevono solo la costellazione del sistema omonimo americano) oppure alcune frequenze (oggi è in via di completamento il passaggio da due a tre frequenze per GPS e GALILEO) oppure solo misure di codice e non la fase della portante del segnale proveniente dal satellite.
A prescindere dalle prestazioni del ricevitore, oggi è in atto una tendenza nel mondo idrografico che si ritiene essere l’elemento essenziale per lo sviluppo futuro. Essendo legata al mondo della navigazione, l’idrografia ha una storia legata al posizionamento in tempo reale. Tale esigenza, però, non è sempre stata connessa alla reale utilità di avere dati di posizione subito disponibili.
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Oggi la possibilità di registrare le misure del ricevitore (che non sono la posizione bensì le osservabili accennate in precedenza) permette di incrementare, a parità di costi, notevolmente la qualità del posizionamento. Il vincolo è ovviamente quello di mantenere la misura del GNSS sincronizzata con quelle che si analizzeranno nei paragrafi successivi, ma ciò è agevolmente realizzabile con il PPS.
La posizione viene così calcolata in post processing, facendo gli opportuni calcoli sulle osservabili e giovandosi della possibilità di correggere alcuni errori che in tempo reale non sarebbe stato possibile gestire (si pensi al ricalcolo delle effemeridi dei satelliti o alla modellazione ionosferica).
Le misure GNSS sono sempre temporeferenziate in quanto il calcolo di posizione riguarda sempre anche il tempo nel frame UTC. Le misure si riferiscono al centro di fase dell’antenna.
In relazione alle velocità del vettore su cui si opera, si regola la quantità di misure da registrare nell’unità di tempo (il rate). Tale rate non scende mai solitamente sotto un hertz (Hz).
Al fine di usufruirne per riferire le misure al frame ellissoidico anche sull’asse verticale, è opportuno, nel caso si registrino direttamente posizioni e non osservabili, registrare anche l’altezza ellissoidica, oggi sempre più utilizzata nelle applicazioni che richiedono incertezze più spinte.
Il posizionamento può essere assoluto (usufruendo delle sole misure del ricevitore, si può passare dalla modalità in tempo reale a quella assoluta in post-processing, la modalità Precise Point Positioning, PPP), relativo (si misura il vettore baseline tra due ricevitori) oppure differenziale (alle coordinate assolute si sommano in tempo reale o in post processing le correzioni ricevute da un secondo ricevitore posizionato su punto noto). Ai fini dell’idrografia, quello che interessa è l’incertezza sul calcolo del punto finale, a prescindere dalle modalità. Nel momento in cui si applicano delle correzioni o si ricalcola la posizione, il reference frame della posizione cambia. Per questo motivo, oltre a porre la necessaria attenzione alle molteplici modalità di posizionamento oggi disponibili, la stessa attenzione va riposta nel reference frame della posizione, soprattutto se l’incertezza di misura è sub-metrica. Per esempio, in Italia la distanza planimetrica tra il frame ETRF e quello ITRF è di circa un metro, quella verticale è dell’ordine del centimetro.
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L’assetto
Il vettore su cui è installato il sensore idrografico indirizza raggi, acustici o elettromagnetici, verso il fondo marino. Per posizionare tali raggi nello spazio è necessario conoscere oltre alla posizione del sensore anche il relativo assetto.
L’assetto viene oggi misurato sfruttando piattaforme inerziali il cui principio di funzionamento si basa sulle leggi della dinamica, oppure misure combinate di più antenne GNSS sfruttando il posizionamento relativo e estrazione del vettore, rigidamente orientato nello spazio, congiungente i centri di fase delle antenne.
L’obiettivo finale è posizionare il trasduttore di misura. Tale trasduttore è modellabile come un corpo rigido nello spazio con sei gradi di libertà, tre lineari e tre angolari. Le piattaforme inerziali eventualmente combinate con i ricevitori GNSS determinano le tre misure angolari.
Le due misure lineari planimetriche sono determinate dal positioning, Le misure verticali comprendono l’heave (misurata dal sensore di assetto) e la tide (misurata dal GNSS o un mareografo), e sono quelle più critiche vista l’importanza della profondità.
Al di là delle tecnologie di misura, oggi molto variegate, quello che interessa, come di consueto, è l’incertezza dei parametri di assetto misurati e che gli stessi siano compatibili con le incertezze finali imposte dallo standard sui risultati del rilievo.
Lo strumento che determina l’assetto misura i tre angoli rispetto ai propri assi coordinati e il movimento verticale con rate più veloce dell’imbarcazione. Essi sono chiamati roll, angolo che l’asse trasversale dello strumento, normalmente allineato con l’asse trasversale del mezzo e del trasduttore, forma con il piano orizzontale; pitch, angolo che l’asse longitudinale dello strumento, normalmente allineato con l’asse longitudinale del mezzo e del trasduttore, forma con il piano orizzontale; heading o gyro, angolo che l’asse longitudinale dello strumento, normalmente allineato con l’asse longitudinale del mezzo e del trasduttore, forma con la direzione del Nord; l’heave, il movimento verticale veloce che si combina con la tide per determinare l’esatta posizione sull’asse verticale del sensore idrografico all’istante di misura.
Questi tre angoli e una distanza entrano nel calcolo del posizionamento tridimensionale delle misure, e sono dinamici in quanto il mezzo dal quale di effettuano le misure è in movimento, in acqua (imbarcazioni) o in aria (aerei o satelliti).
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