RTK e reti NRTK

Il rilievo RTK (Real Time Kinematic, rilievo GPS cinematico in tempo reale), implementato da diversi anni da quasi tutti i costruttori GPS, è un rilievo effettuato con due ricevitori, uno fisso, denominato base (o master), ed uno mobile, denominato rover. I due ricevitori devono essere collegati tramite radiomodem o telefono cellulare.

Il ricevitore master, posto in un punto opportuno, acquisisce la propria posizione e trasmette un segnale RTCM (Radio Technical Commission for Maritime Services, commissione tecnica per i servizi marini degli Stati Uniti). Il segnale RTCM contiene le cosiddette correzioni, ovvero dei parametri, principalmente atmosferici, essenziali per il posizionamento RTK.

Il ricevitore rover è, come dice la parola, un ricevitore mobile, che acquisisce la propria posizione attraverso il calcolo della base master-rover (si usano quindi misure di fase) e attraverso le correzioni RTCM inviate dal ricevitore master. In questo modo, tramite opportuni calcoli, risolve le ambiguità del rilievo (correzione iono-troposferica, numero intero delle ambiguità, errore dell‟orologio), con precisione caratteristica di 1 cm + 1 ppm. Il tempo necessario per il fissaggio delle ambiguità varia con la distanza, ed è tipicamente di 1 minuto per distanze inferiori al chilometro, quindi è possibile evitare il post- processamento ed ottenere la posizione del ricevitore già in campagna.

La possibilità di rilevare punti GPS tramite un sistema base-rover è condizionata da diversi aspetti, tra cui la distanza: per distanze superiori ai 20 Km, infatti, il fissaggio delle ambiguità risulta complicato, inoltre le radio hanno una copertura tipica di 3 km, rendendo necessario l‟uso di un telefono GSM per il collegamento in caso di distanze maggiori.

Inoltre, il sistema di riferimento di un rilievo RTK dipende dalla posizione del ricevitore master, ed è dunque necessario rilevare una serie di punti noti (almeno due per ogni posizione del master), per ottenere un rilievo in un sistema di riferimento opportuno.

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La precisione è centimetrica, come per il rilievo cinematico post processato, ma bisogna limitare la distanza entro i 10 km per ottenere queste precisioni.

Per servire in modalità RTK zone vaste occorrerebbe disporre di più master a distanza opportuna, dell‟ordine di 20 km, e l‟utente in campagna dovrebbe riferirsi al master più vicino.

Allora si è passati da stazioni di riferimento autonome a stazioni interoperanti tra loro (reti NRTK cioè network real time kinematic).

Nascono così le stazioni permanenti, che devono sempre e comunque essere inquadrate in un sistema di riferimento. Se, in prima battuta, le stazioni permanenti sono state identificate solo come “base per un rover”, con il concetto di rete, si è assistito ad un progressivo movimento alla tecnica “real time con approccio di rete”, identificabile, nel senso più ampio possibile del termine, con l‟acronimo NRTK.

Le stazioni permanenti in posizione nota, tracciano i satelliti in vista e trasferiscono automaticamente i dati verso il centro di controllo.

Un software residente nel centro di controllo riceve in real time i dati acquisiti, esegue un controllo di qualità dei dati, calcola gli effetti sistematici (ionosfera, correzioni orbitali e degli orologi,..) per tutti i satelliti, esegue la modellazione dei sistematismi su tutta l‟area e gestisce la disseminazione delle correzioni all‟utenza.

La produttività di una rete NRTK dipende da una serie di fattori come il fissaggio delle ambiguità tra stazioni permanenti, il calcolo delle correzioni, l‟invio delle correzioni e la ricezione da parte del rover.

Per le modalità di rilievo in RTK, a causa della necessità di brevi distanze tra ricevitori base e rover, le reti di stazioni di riferimento devono essere molto fitte.

Recentemente i servizi di posizionamento basati su reti permanenti di ricevitori GPS (e più in generale GNSS) sono diventati una realtà in ambito internazionale, in Italia, purtroppo, la situazione pare più complessa poiché lo sviluppo di tali strutture e, di conseguenza, dei servizi offerti, segue un andamento caotico poiché viene lasciato all‟iniziativa di singole unità (Università, Regioni, Enti e Collegi locali, ecc..) senza, almeno fino al 2006, un progetto unico ed omogeneo.

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Una delle naturali evoluzioni dell‟utilizzo di una rete di stazioni permanenti può essere riconosciuta nel loro utilizzo per il posizionamento di precisione in tempo reale, a tal proposito possiamo notare che numerose sono le esperienze che in Italia vanno realizzandosi, visti anche i considerevoli vantaggi che queste strutture consegnano ad un‟utenza tecnica.

Per tali motivi l‟utenza tecnica ha la necessità di comprendere quali siano i limiti, i benefici e le problematiche legate all‟utilizzo di tali sistemi che, indiscutibilmente, hanno come vantaggio diretto una riduzione dei costi dei rilievi. Se omogeneamente dislocate sul territorio e dotate di sistemi di comunicazione dati adeguati, le reti di stazioni permanenti possono costituire il supporto ideale per chi opera in tempo reale e, in alcuni casi, per applicazioni statiche su vaste aree.

Per la realizzazione di tali servizi sono state sviluppate diverse soluzioni, nel corso degli anni, che si differenziano da un lato per la metodologia con cui vengono stimati i modelli di correzione (approcci differenziati, approcci non differenziati) e dall‟altro per il modo in cui sono inviate le correzioni al ricevitore mobile (Modello a griglia delle correzioni, stazioni master e stazioni ausiliari, stazioni virtuali, etc.).

La mancanza, in Italia, di un organismo centrale come una Commissione Geodetica Nazionale ha fatto sì che la realtà principale in cui sviluppare i progetti per l‟installazione di reti di stazioni permanenti fosse il livello regionale. E‟ infatti a tale livello che si trovano molti esempi di strutture di stazioni permanenti che sono diventate operative nel corso degli ultimi anni in Italia.